Más allá de 350 GHz: transmisión fotónica inalámbrica de 112 Gbps en un solo canal a 560 GHz usando micropeines de solitón

Por qué los teléfonos del futuro necesitan nuevas ondas invisibles

Nuestros teléfonos y dispositivos inalámbricos demandan cada vez más datos, pero las bandas que usan están cada vez más saturadas. Este estudio explora una porción fresca del espectro, muy por encima de las bandas móviles actuales, para evaluar si diminutos chips impulsados por luz pueden transmitir tráfico de internet por el aire lo suficientemente rápido como para sustituir algunos cables de fibra. El trabajo muestra que estos pequeños motores fotónicos pueden llevar enlaces inalámbricos a una región poco utilizada de ondas de terahercios, manteniendo la capacidad de transportar más de cien mil millones de bits por segundo.

Avanzando más allá de las bandas saturadas actuales

Las redes 5G actuales operan en su mayoría por debajo de 28 gigahercios, donde las frecuencias están muy ocupadas y los canales de radio son relativamente estrechos. Para satisfacer las demandas de los futuros sistemas 6G, los investigadores miran hacia la banda de terahercios, entre aproximadamente 0,3 y 1 billón de ciclos por segundo. Este rango ofrece porciones de espectro amplias y limpias que podrían soportar enlaces de backhaul extremadamente rápidos entre estaciones base. Sin embargo, cuanto mayor es la frecuencia, más se atenúan las señales en el aire, y la electrónica convencional tiene dificultades para generar ondas estables y de bajo ruido mucho por encima de 300 gigahercios. Por ello, la región por encima de 350 gigahercios ha permanecido en gran medida sin explotar para enlaces de alta velocidad, aunque aún no está asignada a muchos servicios.

Usar la luz para generar ondas de radio ultrarrápidas

Para saltar a este rango más alto, el equipo recurre a la fotónica, usando luz en lugar de solo electrónica para crear la señal de radio. En el corazón de su montaje hay un chip de nitruro de silicio que produce un “peine” de muchos colores láser espaciados uniformemente, todos bloqueados en fase entre sí. Este peine se genera por un patrón especial de pulsos de luz llamado solitón que circula alrededor de un anillo diminuto en el chip. Dos diodos láser convencionales se obligan a seguir, o bloquearse en, dos colores vecinos del peine. Cuando estos dos láseres bloqueados inciden juntos sobre un fotodiodo muy rápido, su pequeña diferencia de color interfiere y produce una onda de terahercios estable a 560 gigahercios, que puede usarse como portadora para los datos.

Empaquetando la fuente de luz diminuta para uso real

Un obstáculo práctico importante con esos chips de peine ha sido introducir y extraer la luz sin bancos ópticos voluminosos que se desalinean. Los investigadores resolvieron esto empalmando directamente fibras ópticas al chip usando una fibra de alta apertura numérica y un adhesivo curable con UV sobre un soporte de vidrio. Este paquete compacto mide solo unos pocos milímetros pero puede soportar potencias de bombeo de un vatio y mantiene su eficiencia de acoplamiento casi constante durante muchas horas. En pruebas, el nuevo diseño acoplado a fibra mantuvo el peine de solitón funcionando por más de un día, mientras que una disposición tradicional con lentes en espacio libre perdió alineación en minutos bajo condiciones similares. Esta estabilidad a largo plazo es esencial si dichos peines van a integrarse dentro de radios de terahercios prácticos.

Enviar y recibir flujos de datos ultrarrápidos

Una vez creada la onda estable de 560 gigahercios, uno de los láseres bloqueados se alimenta a través de un modulador avanzado que imprime los datos ajustando tanto la amplitud como la fase de la luz. El equipo emplea dos formatos comunes: desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK) y modulación por amplitud en cuadratura de 16 niveles (16-QAM), que llevan dos y cuatro bits por símbolo, respectivamente. El segundo láser bloqueado permanece sin modular. Ambos haces de luz se combinan y se convierten en una señal de terahercios en el fotodiodo de alta velocidad, y luego se lanzan a través de una separación en espacio libre de diez milímetros. En el extremo receptor, un mezclador especial y electrónica rápida traducen las ondas de terahercios entrantes a una frecuencia más baja que puede ser registrada y analizada sin limpieza digital adicional más allá de la incorporada en el osciloscopio.

Cuánta información cabe en el nuevo enlace

Para evaluar el rendimiento del sistema, los autores analizan los patrones de símbolos recibidos y calculan cuánto se desvían de sus posiciones ideales, una medida conocida como magnitud del vector de error (EVM). Si este valor se mantiene por debajo de ciertos límites, los códigos de corrección de errores habituales pueden corregir los fallos restantes. Usando el formato más simple basado en fase, envían datos a tasas de símbolo de hasta 42 gigabaudios, alcanzando 84 gigabits por segundo. Con el formato más exigente de 16 niveles, alcanzan 28 gigabaudios, lo que corresponde a 112 gigabits por segundo en un solo canal inalámbrico a 560 gigahercios, todo dentro de los límites de error más estrictos. También comparan la operación con y sin la referencia del peine y encuentran que el bloqueo al peine reduce la anchura de línea de la portadora y disminuye el ruido de fase, mejorando especialmente el rendimiento a tasas de símbolo intermedias.

Qué significa esto para los enlaces inalámbricos del futuro

Para los usuarios cotidianos, el mensaje clave es que los chips fotónicos pueden ayudar a desbloquear partes nuevas y más silenciosas del espectro para conexiones inalámbricas de muy alta velocidad que algún día podrían enlazar estaciones base y reemplazar tramos cortos de fibra. Este experimento muestra que una fuente de peine compacta empaquetada en fibra puede alimentar de forma estable un transmisor de terahercios muy por encima de 350 gigahercios y aun así transportar más de 100 gigabits por segundo. Aunque la banda de 560 gigahercios usada aquí sufre fuerte absorción en aire húmedo y es más adecuada para enlaces muy cortos, el mismo enfoque puede trasladarse a frecuencias cercanas donde las señales se propagan más lejos. Con emisores de terahercios más potentes y antenas de mayor ganancia, los autores proyectan que sistemas similares podrían eventualmente soportar enlaces de varios cientos de gigabits a distancias de varios metros, formando un bloque básico para la infraestructura 6G del futuro.

Cita: Tokizane, Y., Kishikawa, H., Kikuhara, T. et al. Beyond 350 GHz: Single-channel 112 Gbps photonic wireless transmission at 560 GHz using soliton microcombs. Commun Eng 5, 77 (2026). https://doi.org/10.1038/s44172-026-00659-8

Palabras clave: inalámbrico terahercios, micropeine de solitón, transmisor fotónico, backhaul 6G, enlace de alta velocidad