Desde las redes inteligentes hasta el Internet de las Cosas, el mundo moderno depende cada vez más de la interconexión entre dispositivos electrónicos. Gracias a los investigadores de la Universidad de Ottawa, estos dispositivos ahora pueden lograr conexiones y suministro de energía a larga distancia a través de simples fibras ópticas, incluso en los entornos más hostiles.

Este es un avance significativo en el desarrollo de convertidores de energía fotónica (dispositivos que convierten láser en energía eléctrica), con el potencial de integrar soluciones de suministro de energía remota impulsadas por láser en la infraestructura de fibra óptica existente. A su vez, esto podría allanar el camino para mejorar la conectividad en áreas remotas y condiciones extremas, y lograr comunicaciones más confiables.

"En los sistemas tradicionales de suministro de energía por fibra óptica, la mayor parte del láser se pierde", explicó la profesora Karin Hinzer del laboratorio SUNLAB de la Universidad de Ottawa. El laboratorio colaboró en esta investigación con el Instituto Fraunhofer de Sistemas Solares en Alemania. "Con estos nuevos dispositivos, las fibras ópticas pueden ser más largas".

Para resolver este problema, los investigadores de SUNLAB desarrollaron un modelo de simulación de un convertidor de energía fotónica multicapa, que opera en longitudes de onda infrarrojas utilizadas en telecomunicaciones, con una baja atenuación por kilómetro en la fibra óptica. "El dispositivo fabricado muestra una mejora significativa en la eficiencia de transmisión de potencia y datos a distancias superiores a un kilómetro, algo que no es factible en sistemas tradicionales", añadió Gavin Forcade, primer autor del artículo publicado en Cell Reports Physical Science.

Integración de potencia y sensores de fibra óptica

"Multicapa" se refiere a que estos dispositivos consisten en muchas uniones de semiconductores apiladas que absorben la luz, lo que permite convertir más láser en energía eléctrica, logrando mayor eficiencia y voltaje. Utilizando este modelo, el equipo de investigación pudo diseñar y fabricar un convertidor de energía fotónica cuyo punto de máxima potencia genera más de 2 voltios de voltaje, con una eficiencia superior al 53%.

Los convertidores de potencia fotónica que utilizan longitudes de onda de telecomunicaciones pueden lograr redes de telecomunicaciones más confiables, reduciendo costos al mejorar el rendimiento del sistema y creando redes más rápidas y potentes, beneficiando a muchas tecnologías, como:

• Tecnología de monitoreo de redes inteligentes
• Sensores de monitoreo de palas de turbinas eólicas resistentes a rayos
• Medidores de combustible sin chispas en aviones
• Sensores distribuidos del Internet de las Cosas (IoT)
• Enlaces de cámaras remotas
• Sensores submarinos
• Potencia láser en espacio libre, que podría habilitar aplicaciones futuras como el suministro de energía y comunicación simultáneos para drones, satélites y rovers lunares.

"Esto puede mejorar el suministro de energía a sensores de alto voltaje y monitoreo en redes inteligentes, evitando riesgos de fallos por rayos, reducir riesgos de chispas en entornos peligrosos, y posiblemente transmitir electricidad y datos simultáneamente a dispositivos remotos en la infraestructura de fibra óptica existente", añadió Hinzer, presidenta de investigación universitaria en dispositivos fotónicos de energía.