El tubo de rayos catódicos tiene los días contados. Ya es notable que haya sobrevivido 60 años en un mundo donde ocurren cambios tan veloces: el de la electrónica. La habilidad del tubo de rayos catódicos -en el que campos eléctricos y magnéticos controlan un haz de electrones disparados a una pantalla luminiscente- para mostrar figuras nítidas en movimiento, con facilidad y rapidez, está siendo cada vez menos capaz de disminuir su tamaño y su alto consumo de energía. Por esta razón está siendo reemplazado por nuevos dispositivos que producen beneficios similares pero que no tienen sus desventajas.

Los aparatos de televisión en miniatura y los computadores portátiles están abandonando el tubo en favor de un dispositivo óptico, llamado modulador de luz espacial (SLM, de Spacial Light Modulator). SLM es el nombre genérico para un dispositivo que pone mensajes en un haz luminoso, usando luz o alguna otra fuente, como un haz de electrones. Si hoy se halla en un estado inicial de desarrollo, en el futuro, el SLM será el componente clave para pantallas de TV y señales de video grandes, como las de los cines. También ocupará un lugar en las nuevas generaciones de computadores, que usarán luz en vez de electricidad para hacer sus cálculos digitales.

Estos avances son el resultado de avances en el desarrollo de las pantallas de cristal líquido (PCL), que son un tipo simple de SLM. Estas pantallas se hicieron populares a mediados de los años 70, cuando desplazaron a los tradicionales diodos luminosos, consumidores de energía, que se usaron en la primera generación de relojes de pulsera digitales. En 1987, los mayores fabricantes de computadores comenzaron a vender aparatos portátiles con pantallas de cristal líquido. Estas pantallas requieren potenciales eléctricos de alrededor de 10 volts, en contraste con los tubos de rayos catódicos que requieren 1000 Volts. Además, tienen consumos de 1 Watt en vez de decenas de Watts, y, por sobre todo, son muy compactas.

Las dos principales desventajas del PCL son su respuesta lenta a señales y su baja resolución de imágenes, Sin embargo, estos factores importan poco en un reloj o computador portátil, donde la información en las pantallas cambia con lentitud y las personas deben leer sólo unas pocas líneas cada vez; las ventajas del bajo consumo y del tamaño son mucho más importante.

Pero incluso las desventajas de los PCL están desapareciendo. Los fabricantes de televisores, que son los mayores fabricantes de tubos catódicos, esperan poder cambiarse pronto a PCL para sus aparatos más modernos. Los fabricantes japoneses ya han usado PCLs, y el resultado es la entrega de una imagen nítida y clara en sus últimas generaciones de TVs personales. Este desarrollo debiera llevar a la producción de aparatos tan delgados que no requerirán más espacio que un cuadro en la pared.


De la lámpara de señales al cristal liquido

Al evaluarse el progreso de los SMLs, debemos considerar sus orígenes en los procesos más simples de la modulación de luz. Por ejemplo, la lámpara de señales en código morse. En un SLM las diferentes partes de la sección transversal del rayo luminoso llevan información. Esto es lo que ocurre en el cine, en que la película está compuesta de transparencias inanimadas que se mueven por el proyector; cada cuadro se detiene por un instante frente al proyector y la imagen permite que distintas cantidades de luz sean transmitidas a la pantalla. Las películas son un tipo algo rudimentario de SLM. Un sistema más avanzado de SLM debiera aceptar información de equipos de video o computadores y transferirla al haz de luz que se proyecta en la pantalla. Esto permitiría que un sólo rollo de película alimentara un grupo de salas de cine electrónicamente; también podría significar que un proyector podría pasar películas en tiempo real, esto es, llevando imágenes de la cámara de video, o cálculos de un computador, en el momento en que están ocurriendo.

Aún no disponemos de estos avances. Los cines todavía funcionan con rollos de películas, porque los SLMs más avanzados no son capaces de proyectar imágenes en movimiento, ni tampoco pueden proyectar el detalle fino de las películas de 35 mm (ni hablar de 70 mm). Sin embargo, mientras que las imágenes proyectadas evolucionan muy poco los SLM están empezando a demostrar su valor. En la actualidad, los centros de comando estratégico de las fuerzas armadas de países desarrollados, y los fabricantes de simuladores de vuelo, están usándolos para proyectar imágenes en pantallas grandes. Los sistemas SLM en uso tienen un valor aproximado de US$ 800.000 por unidad, pero parece que el costo no es tan importante en ese tipo de aplicaciones.

El tipo más importante de modulador espacial de luz (SLM) se conoce como válvula de luz de cristal líquido, o LCLV (Liquid Crystal Light Valve), que utiliza luz para controlar la luz. La Hughes Aircraft Company comercializa una versión para simuladores de vuelo y para comando, control, comunicaciones e inteligencia militar, conocido como sistema C3. En los LCLVs un rayo de luz (en lugar de una corriente de electrones) envía las imágenes a la válvula. Esto se conoce como direccionamiento óptico. El SLM se fabrica con un semiconductor, una capa que bloquea la luz y un cristal líquido, apilados entre dos electrodos transparentes, los cuales aplican un voltaje constante. La señal de entrada, o "rayo escritor" cae primero en el semiconductor. Los expertos de la Hughes utilizan sulfuro de cadmio, que es particularmente visible a la luz visible: al decaer la resistencia del semiconductor por efecto de la iluminación, decae también el voltaje a través de él, lo que causa que el voltaje a través del cristal líquido aumente. De esta manera el patrón de voltajes a través del semiconductor, reflejando la intensidad de la luz en diferentes puntos del rayo escritor, es transferido del cristal líquido. Desde la dirección opuesta, un segundo rayo de luz, mucho más intenso, que es llamado "rayo lector", brilla a través del cristal líquido y es modulado por éste. La capa bloqueadora de luz evita que ambos rayos se interfieran directamente y actúa como espejo para reflejar el rayo lector sobre la pantalla. (Fig. 1)

La válvula actúa como un amplificador óptico, porque transfiere información del rayo escritor débil al rayo lector más intenso, el cual proyecta una imagen brillante sobre una gran pantalla de varios metros de superficie. Esta imagen es mayor y más brillante que la que un tubo de rayos catódicos podría proyectar, porque la fuente del rayo lector del LCLV es usualmente una lámpara de arco muy intensa. Normalmente, la señal de entrada, o rayo escritor, está provista de un pequeño tubo de rayos Catódicos; con tres de estos, cada uno sirviendo a un LCLV distinto, con señales verde, azul y rojo, el rayo lector puede proyectar luz a través de filtros de vidrio para producir imágenes en la pantalla.

Pero todos los grupos investigadores están trabajando con cristal líquido codificado por luz. En un sistema desarrollado separadamente por General Electric en Estados Unidos y por Gratag, una subsidiaria de Ciba Geigy, en Suiza, una película de aceite modula el rayo lector, luego de que la información ha sido entregada a la película por una corriente de electrones. Cada vez que los electrones del rayo escritor chocan con el aceite, lo calientan, y cambian su densidad y la forma en que refractan la luz: la película puede entonces deflectar el rayo lector de modo que sea proyectado con la información en él. En otro sistema que está siendo desarrollado por Sodern en Francia, un campo eléctrico transfiere información sobre un cristal inorgánico sólido, el cual modula el rayo lector. El compuesto que mejores resultados ha dado es el fosfato de potasio dideuterio.

La búsqueda de los fabricantes está centrada en sistemas SLM que operen rápida y sensitivamente -sin debilitar el rayo lector- y que, además, sean económicos de producir. Los investigadores están combinando continuamente diferentes materiales y analizando su comportamiento. Un prototipo es un dispositivo mecánico en miniatura, construido sobre un chip de silicio, con plataformas delgadas y flexibles, llamado diving board. Sin embargo, muchos prototipos resultan muy caros para ser fabricados comercialmente, y la mayoría es suficientemente buena sólo para pantallas de relojes pulsera o calculadoras. Hasta el momento los investigadores han desarrollado más de 50 tipos de SLM, pero sólo tres o cuatro son utilizables, por ejemplo, para proyectar imágenes en grandes pantallas.

Los SLMs son útiles también para reconocer y determinar la posición y la dirección de movimiento de diferentes objetos. Por ejemplo, las fuerzas armadas necesitan instrumentos para identificar y seguir vehículos y misiles enemigos; por otro lado, los ejecutivos de empresas quisieran líneas de productos que puedan monitorear automáticamente componentes en las cintas transportadoras. Lamentablemente, por el momento, los SLMs no pueden operar lo suficientemente rápido ni pueden manejar el enorme volumen de datos para hacer estos trabajo. Los diseñadores trabajan para obtener dispositivos que operen con imágenes compuestas por un millón de píxeles (los miles de elementos luminosos o puntos que conforman la pantalla del televisor se denominan pixeles, y tienen un diámetro de aproximadamente 0,5mm. Un TV convencional posee alrededor de medio millón de pixeles), y que luego sean capaces de procesar alrededor de 1.000 de estas "fotos" por segundo. Comparando: un televisor procesa de 25 a 30 "fotos" por segundo, lo que es adecuado para el ojo humano pero ni remotamente cercano a la rapidez que se necesita para seguir a un misil, por ejemplo. Algunos dispositivos prototipos están empezando a acercarse a estas metas.

Investigadores de la Universidad de Edimburgo diseñaron un SLM experimental para procesar imágenes rápidamente. En este dispositivo, un chip de silicio empacado con transistores, uno por pixel, reemplaza la placa de vidrio y el electrodo de un lado de la celda de cristal líquido. La ventaja de usar transistores es que éstos pueden cambiar el estado del pixel, de prendido a apagado muy rápidamente. Tan rápido como para transmitir imágenes de televisión electrodos de aluminio muy delgados se conectan a los transistores y, actuando como espejo, reflejan el rayo lector de vuelta a través del cristal líquido. Los investigadores planean construir SLMs que contengan un arreglo de transistores, 50 por 50 pixeles, y que serán capaces de modular 1.000 imágenes por segundo.

En un desarrollo paralelo, equipos británicos del STC Technology y la división Marconi de GEC están colaborando en el desarrollo de SLMs que usan cristal líquido del tipo "sméctico"; los cristales tradicionales son "nemáticos". La diferencia es que la moléculas de un sméctico son más ordenadas que las de un nemático, lo que da como resultado que, bajo las condiciones correctas, un sméctico corresponde mucho más rápido a una señal que un nemático. Por otra parte, operando con estas condiciones, un sméctico no interpreta la intensidad de la señal tan bien como un nemático; el primero sólo puede conmutar una señal binaria (on/off). Esta desventaja de no disponer de "escalas de gris" hace que el sméctico no sea práctico para producir imágenes; pero sí es ideal para modular señales de computadores o procesar las imágenes de los sistemas de reconocimiento de proyectiles. GEC Marconi ha construido un dispositivo sméctico que opera de modo similar a las válvulas de luz de Hughes, sólo que mucho más rápido. El dispositivo usa una capa fotoconductora de silicio amorfo, la que responde más rápido que el sulfuro de cadmio y produce imágenes más detalladas. Según la compañía, este tipo de dispositivo puede procesar 10.000 imágenes por segundo.

Los investigadores buscan también la manera de usar SLMs en plantas telefónicas, donde los ingenieros necesitan un banco de conmutadores, conocido como "punto de cruce" (crosspoint) o "barra de cruce" (crossbar), para enrutar llamadas transmitidas por láser a través de fibras ópticas desde muchos puntos de entrada a muchos puntos de salida. Por el momento los ingenieros deben convertir la luz en señales eléctricas, usar conmutadores electrónicos para enrutar las llamadas y luego reconvertir las señales eléctricas en luz para transmitirlas por las fibras ópticas. Los investigadores han propuesto varias maneras de hacer las conmutaciones ópticamente. En un método, un cableado alimentaría las señales electrónicas generadas por llamados telefónicos hacia un arreglo de diodos láser, similares a los que se encuentran en los reproductores de Compac Disc, los que las convertirían en pulsos de luces láser. Las señales serían transportadas por fibra óptica hasta la barra de cruce en la conmutación. Los rayos luminosos se dispersarían; los ingenieros podrían pasar entonces los rayos por lentes, o separar las fibras, e iluminar el SLM de la barra de cruce. La luz generada por un llamado individual o, más probablemente, por un grupo de llamados con destinos similares, pasaría sólo por el pixel particular que fue conmutado por algún código -por ejemplo, un número telefónico o un código de región- lo que aseguraría que un llamado es recogido por la fibra óptica correcta. La fibra transmite el rayo, que podría acarrear cientos de miles de llamados, a un diodo láser cerca del destino de las señales, el cual convierte la luz de vuelta en señales eléctricas. Hasta el momento, una de las mejores barras de cruce es un arreglo de 4x4 pixeles desarrollado por Optivision, una pequeña compañía en California, la cual puede transmitir decenas de miles de llamadas telefónicas simultáneamente. Sin embargo, son los computadores ópticos los que utilizarán primero estas nuevas barras de cruce, por ser menos exigentes que los sistemas telefónicos.