Desde el año1994, La NASA ha financiado la Alianza
para Optica No Linear, Alliance for Non-Linear Optics (ANLO),
en inglés, la cual está compuesta por Investigadores
de NASA y científicos y estudiantes de una media docena
de Universidades minoritarias. Cada una de las instituciones
de esta alianza contribuye con algo único para solucionar
el problema de la computación a altas velocidades. Algunas
participan con Química Teórica, por ejemplo, mientras
otras se dedican al crecimiento de cristales y película
de baja densidad, que son los componentes esenciales de los sistemas
electro-ópticos de computación. Trabajando en conjunto,
estas Universidades y NASA están progresando rápidamente
en el diseño de la nueva generación de computadores.

Arriba: El Doctor Donald Frazier observa un láser
de luz azul utilizado con materiales electro-ópticos.

Aun antes de que existiera la alianza, dos científicos
de NASA/MSFC, los Doctores Donald Frazier y Benjamin Penn, ya
habían reunido las cinco Universidades iniciales de ANLO
con el fin de cooperar con ellos en las investigaciones de óptica
no linear.

«El conocimiento sobre las áreas de tecnología
dominadas por estas Universidades fué providencial»
dice el Doctor Penn. «Vimos un gran potencial para la colaboración
investigativa y la educación. Una alianza uniría
los esfuerzos de personas especializadas en distintas disciplinas
tecnológicas y atraería a los estudiantes más
destacados para trabajo en el desarrollo futuro de la óptica
no linear.»

La propuesta del grupo para la creación de ANLO fue
escrita por el Doctor Ronald Clark, entonces un especialista
en química orgánica y profesor principal en la
Universidad Highlands de Nuevo Méjico. La alianza fué
financiada a través de los Premios Institucionales para
Investigación de la NASA, Institucional Research Awards
(IRA) en inglés, para Universidades Minoritarias (NASA-IRA
Grant NAG 5-6532). La donación inicial de 1994 fué
extendida en el año 2000 por tres años adicionales.

La necesidad de la tecnología óptica proviene
del hecho que los computadores actuales están limitados
por el tiempo de respuesta de los circuitos electrónicos.
Un medio de transmisión sólido limita tanto la
velocidad como el volumen de las señales y origina el
acumulamiento de calor, que eventualmente hace fallar los componentes.
La miniaturización extrema de los componentes crea también
el efecto de «conversaciones cruzadas» – errores de
señalización que afectan la confiabilidad del sistema

Estos y otros obstáculos han obligado a los científicos
a buscar soluciones en la misma luz. La luz no sufre las limitaciones
de tiempo de respuesta de los componentes electrónicos,
no requiere aisladores y hasta puede enviar simultáneamente
cientos de grupos de señales fotónicas utilizando
diferentes frecuencias de colores.

Izquierda:
Láseres Azules
y Rojos reflejando luz con espejos – ¿Una Mirada hacia
el futuro en tecnología de computadores? Crédito:
Departamento de Energía y Grupo Láser Coherente

Reemplazando electrones y cables con fotones y fibra óptica,
cristales, películas de baja densidad y espejos, los investigadores
esperan construir una nueva generación de computadores
que trabajarían a una velocidad cien millones de veces
más rápido que los actuales.

«Los computadores ópticos pueden expandir ampliamente
la velocidad de procesamiento de datos y conexión de redes
hasta de trillones de bitios por segundo, aumentar la velocidad
de Internet al menos 10 veces sobre la actual, almacenar miles
de veces más datos de lo que es posible ahora – y esto
puede hacerse con componentes y sistemas que son más pequeños,
más baratos y más confiables de lo que tenemos
actualmente» dice el Doctor Frazier.

Para que esto sea posible, los investigadores deben dominar
dos ramas de la tecnología que avanzan rápidamente:
Ciencia fotónica y óptica no linear. La ciencia
fotónica consiste en el control de fotones en el espacio
libre o en la materia – igual que la electrónica en el
control de los electrones. La óptica no linear cubre los
componentes que permiten el proceso de señales fotónicas,
igual que los transistores como base para el procesamiento de
señales en la electrónica.

Para los componentes y sistemas fotónicos que procesan
visualizan y almacenan información e imágenes,
la óptica no linear provee funciones tales como conversión
y modulación de frecuencia, amplificación y emisión,
conmutación óptica y muchas más.

La Diversidad Produce Sinergía



«La prioridad de ANLO ha sido la de desarrollar Facilidades
investigativas en el campo de la óptica no linear como
ciencia pura, con participación activa de los estudiantes,»
dice el Doctor Frazier. «Cada miembro de la alianza contribuye
con su área de especialización al grupo produciendo
resultados sinergísticos.»



Por ejemplo: la Universidad Spelman en Atlanta se
especializa en Química Teórica, mientras que la
Universidad de Highland en Nuevo Méjico trabaja en Química
Orgánica y componentes ópticos. La Universidad
de Puerto Rico en Mayaguez y la Universidad de Alabama A&M poseen
experiencia en crecimiento de cristales, formación de
películas de baja densidad, y en componentes ópticos.
La Universidad Estatal Grambling y la Universidad de Tejas de
El Paso conducen investigaciones en química polimérica,
fibras y componentes electro-ópticos. La Universidad de
Alabama en Huntsville se especializa en el análisis de
materiales ópticos no lineales.

Derecha: : El estudiante Celeste Roney de la Universidad
de Spelman prepara películas para medidas de óptica
no linear.

De esta, manera las Universidades de Spelman y Estatal de
Grambling pueden identificar nuevos componentes con propiedades
de óptica no linear, mientras que las Universidades de
Highlands en Nuevo Méjico y Grambling pueden sintetizar
los nuevos materiales. La Universidad de Alabama en Huntsville
puede conducir pruebas y analizar la existencia real de las propiedades
de óptica no linear – y la Universidad de Puerto Rico
en Mayaguez puede utilizar los materiales sintetizados para producir
cristales y películas de baja densidad que serían
usados en componentes de óptica no linear. Otros investigadores
en la Universidad A&AM de Alabama pueden fabricar prototipos
de estos componentes.

Cinco años desde el comienzo

«ANLO ha progresado mucho en la carrera hacia el diseño
de componentes fotónicos ultra-rápidos,» dice
Frazier. «Entre nuestros logros se incluye el desarrollo
de software para elementos moleculares y Opticos no lineales,
síntesis de nuevos compuestos y materiales de óptica
NL, desarrollo de equipo especial para crecimiento de cristales
y películas orgánicas de baja densidad, tanto como
medidas de las características no lineares de un gran
número de compuestos ópticos. Un componente especial
modulador de luz ha sido fabricado utilizando material óptico
no linear sintetizado por la alianza y está en pruebas
de laboratorio. ¡Han sido unos cinco años productivos!»

Más de 20 miembros de la Facultad
de las Universidades nombradas y más de 100 estudiantes
han participado en los proyectos ANLO. La alianza ha publicado
más de 35 estudios y 50 artículos en revistas científicas,
y algunas 70 presentaciones por miembros de la Facultad y 40
de estudiantes se han efectuado en Reuniones internacionales.
[más
información].

Izquierda : El estudiante Kyrill Suponitsky de
la Universidad Highland de Nuevo Méjico muestra un programa
de modelo molecular a la estudiante Maurina Gonzales. Varios
compuestos ONL activos con caracterización térmica
(recuadro), derivados del dicyanovinylbenzeno, han sido pronosticados
y sintetizados en la Universidad Highlands.

En este mes la alianza efectuará su conferencia técnica
semianual en Atlanta. En la agenda se encuentra un resumen de
sus actividades en los pasados cinco años, su proceso
de desarrollo y el estado de los proyectos actuales.

En opinión de los doctores Frazier y Penn, los investigadores
académicos de NASA y de la Alianza están satisfechos
con el impacto que ANLO ha tenido en el campo de la óptica
no linear, así como en tantos jóvenes científicos.

«Los estudiantes universitarios y la óptica no
linear se complementan perfectamente, » dice Penn. «Los
estudiantes necesitan tiempo para desarrollar sus técnicas
de investigación y el trabajar en un área tan futurista
como la de óptica no linear, les permite ese tiempo. La
tecnología y los estudiantes se desarrollan a la par.»

Los doctores Frazier y Penn consideran el progreso continuado
de ANLO como un modelo para el establecimiento de mayor cooperación
entre NASA y pequeñas universidades — y entre los estudiantes
y el futuro.

La alianza para Optica No Linear (ANLO) fué establecida
en 1994 cuando NASA fundó este Proyecto bajo los auspicios
del programa de Premios Institucionales para Investigación.
Este programa tenía como objetivo ampliar las relaciones
con instituciones minoritarias, especialmente las Universidades
de predominancia hispánica e indígena. De esta
manera la concesión se hizo a la Universidad Highlands
y las otras instituciones actúan como subcontratistas.
La Oficina de Oportunidades Iguales de la NASA financia este
programa. Bettie White es la Directora de la División
de Universidades Minoritarias en la Oficina principal de NASA.

Los participantes en ANLO incluyen el equipo de Frazier
y Penn en el Departamento de Microgravedad de la Dirección
de Ciencias de la NASA/MSFC -así como miembros de la facultad
y estudiantes de las Universidades de Alabama A&M, Estatal
Grambling, Highland de Nuevo Méjico, Spelman , Universidad
de Alabama en Huntsville, Universidad de Puerto Rico en Mayaguez,
Universidad de Texas en El Paso y el Instituto de Elementos Orgánicos
de la Academia Rusa de Ciencias.

Computación lumínica