Un equipo de investigadores de la Universidad Jiaotong de Xi'an, en China, ha desarrollado un dispositivo impreso en 3D que genera haces de luz retorcidos con momento angular orbital (OAM), una forma de energía rotacional capaz de transportar más datos que los haces convencionales. Estos generadores de haces vórtices, eficientes, compactos y de bajo costo, podrían mejorar la capacidad y fiabilidad de los sistemas inalámbricos del futuro.


Desafíos actuales en las redes de alta capacidad

Según Jianxing Li, líder del equipo de investigación, la creciente demanda de sistemas de comunicación de alta capacidad y resistencia a las interferencias, como las redes inalámbricas 5G y 6G, requiere soluciones innovadoras. Aunque los haces vórtices con OAM pueden aumentar la eficiencia espectral y la capacidad de comunicación, los métodos actuales para generar estos haces se ven obstaculizados por baja eficiencia, altos costos de fabricación y vulnerabilidad a interferencias de bandas de frecuencia no deseadas.

Generación de haces OAM a través de impresión 3D para comunicaciones avanzadas

En su estudio, los investigadores describen cómo aprovecharon la impresión 3D para crear un generador de haces OAM que puede utilizarse como un sofisticado sistema de antena para comunicaciones inalámbricas avanzadas. El dispositivo genera haces vórtices de alta capacidad y presenta una característica integrada de filtrado de ganancia que amplifica las señales deseadas mientras bloquea las interferencias, garantizando una transmisión clara y eficiente.

Aplicaciones del generador de haces OAM para mejorar la conectividad en eventos masivos

Este generador de haces OAM impreso en 3D es particularmente adecuado para las comunicaciones inalámbricas 5G/6G, así como para la teledetección y la imagenología. Yuanxi Cao, autor principal del artículo, destacó que la integración de este dispositivo en torres de comunicación podría mejorar el streaming y la conectividad en eventos de gran afluencia, como festivales de música o eventos deportivos, donde la alta densidad de usuarios suele sobrecargar las redes existentes, provocando velocidades lentas y desconexiones.

Tecnología de filtrado de ganancia para minimizar interferencias

El nuevo generador de haces OAM impreso en 3D utiliza un divisor de potencia con filtrado de ganancia integrado para dividir la señal de manera uniforme, al mismo tiempo que filtra las frecuencias no deseadas desde el origen. Esto minimiza las interferencias y reduce la necesidad de componentes externos adicionales. Además, los investigadores emplearon una estructura metálica rellena de aire para evitar pérdidas dieléctricas, lo que garantiza una mayor eficiencia de radiación y una mayor capacidad de manejo de potencia.

Funcionamiento y precisión en la generación de haces vórtices

El funcionamiento del dispositivo comienza dividiendo la señal entrante en ocho partes iguales mediante el divisor de potencia integrado, que filtra las frecuencias innecesarias durante el proceso. Luego, cada señal pasa a través de una vía especial que ajusta la fase para lograr la alineación precisa necesaria para crear el haz vórtice. Finalmente, las señales se transmiten a través de un conjunto circular de antenas para producir un haz vórtice con las propiedades deseadas.

Fabricación del dispositivo mediante fusión selectiva por láser

Tras realizar simulaciones avanzadas para ajustar el divisor de potencia filtrante y asegurar una transmisión precisa de la señal en banda y una supresión eficaz de las frecuencias fuera de banda, los investigadores utilizaron la fusión selectiva por láser para imprimir en 3D un prototipo del dispositivo con una aleación de aluminio conocida por su alta precisión y bajo rugosidad superficial.

Resultados experimentales y pruebas de rendimiento

El prototipo logrado cumplió con las características deseadas del haz, con una pureza de modo de aproximadamente el 80%, y mostró una alta supresión de las frecuencias fuera de banda, superior a 30 dB, lo que reduce significativamente las interferencias y asegura una transmisión limpia de señales.

Futuras mejoras y expansión de aplicaciones

Los investigadores continúan trabajando para mejorar el rendimiento del generador de haces OAM, buscando optimizar la ganancia, la eficiencia y el filtrado de señales. También planean explorar la generación multimodal de OAM y probar el dispositivo en rangos de frecuencias más amplios, como las comunicaciones en terahercios. Comercializar el dispositivo requerirá perfeccionar la impresión 3D para escalar la producción, integrarlo con los sistemas existentes, asegurar el cumplimiento de las normativas y validar su rendimiento en aplicaciones reales como las comunicaciones 5G y satelitales.


El estudio fue publicado en Optics Express.