¡Éxito! El LED de ultravioleta lejano alcanza una tasa de transmisión de datos récord de 1,5 Gbit/s.

Investigadores del Instituto Ferdinand Braun —Instituto Leibniz de Tecnología de Alta Frecuencia (FBH), en Berlín, Alemania—, junto con el Instituto de Fotónica de la Universidad de Strathclyde, en el Reino Unido, y el Centro de I+D en LiFi de la Universidad de Cambridge, han logrado una tasa de transmisión de datos de hasta 1,5 Gbit/s utilizando un nuevo tipo de diodo emisor de luz (LED) de ultravioleta lejano (far-UVC). Estos dispositivos, desarrollados por el FBH, han establecido un nuevo récord de velocidad en el ámbito de las comunicaciones ópticas inalámbricas en longitudes de onda inferiores a 235 nm.

La tecnología de ultravioleta lejano presenta ventajas únicas para las comunicaciones al aire libre: en este rango del espectro, la luz solar prácticamente no genera señales de fondo. Por ello, esta tecnología podría permitir enlaces confiables de comunicación óptica exterior, complementando a las comunicaciones por radiofrecuencia en situaciones donde estas últimas alcanzan sus límites de rendimiento. Los vehículos autónomos, los drones, las máquinas industriales conectadas, los robots y las aplicaciones de protección civil dependen de conexiones inalámbricas de datos fiables. Al mismo tiempo, cada vez más sistemas compiten por los limitados recursos de frecuencia.

Las comunicaciones ópticas inalámbricas pueden complementar eficazmente a las tecnologías de radiofrecuencia. Sin embargo, los sistemas que emplean luz visible o infrarroja enfrentan un desafío importante en entornos exteriores: el Sol también emite radiación en estos rangos de longitud de onda. La radiación de fondo solar puede interferir con las señales ópticas, dificultando la transmisión confiable de datos. Por ello, estos sistemas suelen requerir una alineación precisa del haz láser.

Las comunicaciones UVC no se ven afectadas por la radiación de fondo solar

En longitudes de onda inferiores a 280 nm, debido a que la radiación solar es absorbida por la parte superior de la atmósfera, prácticamente ninguna radiación solar llega a la superficie terrestre. En consecuencia, las comunicaciones ópticas inalámbricas que utilizan luz UVC están básicamente libres de interferencias provenientes de la señal de fondo solar. En este experimento, los investigadores emplearon luz ultravioleta lejana con longitudes de onda inferiores a 235 nm. Esta radiación es fuertemente absorbida por las capas externas inactivas de la piel, y su profundidad de penetración en los tejidos vivos es mucho menor que la de la radiación ultravioleta de mayor longitud de onda. Por ello, este tipo de luz ultravioleta se considera seguro para la salud humana y adecuado para aplicaciones que requieren operar cerca del cuerpo.

Optimización de los LED de ultravioleta lejano para lograr tasas de transmisión con potencial práctico

El Dr. Jan Ruschel, científico sénior del FBH, afirmó: “Hemos optimizado específicamente estos LEDs para aplicaciones de comunicación óptica en este rango del espectro. La potencia de salida luminosa de estos dispositivos se sitúa entre las más altas en estudios internacionales similares, y además permiten una modulación especialmente rápida. Esto los hace ideales tanto para el intercambio óptico de datos en interiores como en exteriores”. Para ello, el equipo del FBH dividió la superficie emisora de los LED de ultravioleta lejano en numerosas áreas más pequeñas. Este diseño reduce la capacitancia de la unión y aumenta la densidad de corriente. Así, en comparación con los dispositivos tradicionales de mayor área emisora, estos LEDs logran un ancho de banda de modulación superior.

LED de ultravioleta lejano equipado con lente y reflector

Los investigadores de la Universidad de Strathclyde y de la Universidad de Cambridge utilizaron estos LEDs para construir y probar un sistema de comunicación óptica inalámbrica. En condiciones de visibilidad directa entre el transmisor y el receptor, el sistema alcanzó una tasa de transmisión de hasta 1,5 Gbit/s a una distancia de 30 cm. Estas mediciones, realizadas bajo iluminación ambiental interior, establecieron un nuevo récord para este tipo de comunicaciones ópticas de corta longitud de onda.

Este trabajo se llevó a cabo en el marco del proyecto TITAN del Centro Nacional de Investigación en Telecomunicaciones del Reino Unido. El proyecto está liderado por la Universidad de Cambridge y financiado por el Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Naturales (EPSRC). Recientemente, los investigadores presentaron sus resultados en el Simposio Internacional sobre Sistemas de Comunicación, Redes y Procesamiento Digital de Señales. (DOI del artículo: 10.1109/CSNDSP68462.2026.11654373)

Próximos pasos: lograr comunicaciones sin línea de visión a mayores distancias

La tecnología de ultravioleta lejano podría ofrecer otra ventaja. Las moléculas presentes en el aire dispersan la luz; este fenómeno, conocido como dispersión de Rayleigh, suele ser más intenso cuanto más corta es la longitud de onda. Por ello, incluso cuando el transmisor y el receptor no están alineados directamente o existen obstáculos que bloquean la línea de visión, parte de la señal óptica aún puede llegar al receptor. Esta característica hace que la luz UVC sea especialmente adecuada para explorar las llamadas comunicaciones sin línea de visión. Los investigadores ahora buscan determinar hasta qué punto los LED de ultravioleta lejano pueden aprovechar esta propiedad. Asimismo, planean seguir optimizando tanto el transmisor como el receptor para lograr distancias de transmisión más largas y con valor práctico, así como estudiar cómo las condiciones ambientales influyen en la trayectoria de la señal. Según Ruschel: “Lograr tasas de transmisión con relevancia práctica constituye un primer paso importante. A continuación, queremos definir las distancias reales y las condiciones ambientales en las que las comunicaciones por ultravioleta lejano resultan viables, especialmente para evaluar cuánto puede contribuir esta tecnología en ausencia de visibilidad directa”.

Valor de la investigación

Tomando en cuenta todo el texto, lo verdaderamente destacable no es solo la tasa de 1,5 Gbit/s, sino el potencial de aplicación de los LED de ultravioleta lejano en las comunicaciones ópticas inalámbricas de corta longitud de onda.

Es importante prestar atención a dos aspectos clave:

• La cifra de 1,5 Gbit/s corresponde a pruebas realizadas en condiciones de visibilidad directa a 30 cm; no implica que ya se hayan logrado comunicaciones exteriores a larga distancia. Para su aplicación real será necesario verificar la distancia de transmisión, las pérdidas en el enlace, la sensibilidad del receptor, la tasa de error y la adaptabilidad a distintas condiciones ambientales.

• Las comunicaciones sin línea de visión actualmente son un área de investigación futura, no un resultado ya verificado en este artículo. La intensa dispersión de Rayleigh en longitudes de onda cortas puede ayudar a que la señal sortee las restricciones de la línea de visión, pero dicha dispersión también provoca pérdida de energía; los efectos reales deberán confirmarse mediante experimentos. Además, la seguridad biológica de la luz ultravioleta lejana debe evaluarse teniendo en cuenta la longitud de onda, la intensidad de la irradiación, el tiempo de exposición y las normas de seguridad aplicables; no basta con considerar que su profundidad de penetración es menor para concluir que todas las condiciones de uso son seguras.

Desde la perspectiva de la industria de los LED de ultravioleta, la importancia clave de esta investigación radica en: optimizar la estructura de los dispositivos para mejorar la capacidad de modulación a alta velocidad de los LED de ultravioleta lejano y explorar nuevas aplicaciones de la luz UVC en las comunicaciones ópticas inalámbricas. Esto proporciona una base experimental para expandir el uso de los LED de ultravioleta lejano, tradicionalmente destinados a desinfección y otros fines, hacia las comunicaciones ópticas de alta velocidad; sin embargo, aún quedan varios desafíos técnicos por resolver antes de que puedan convertirse en productos comerciales maduros de comunicación.

Fuente: csa-uv