Brug af fysik til at fremme fiberoptisk innovation

For nogle få videnskabsmænd i den tidlige karriere er fremtiden en forudbestemt vej skrevet i stjernerne; for andre ser det ud til, at fremtiden lige så sandsynligt vil blive fundet på bagsiden af ​​en købmandskvittering. Tage Christine Tremblay som i begyndelsen af ​​1980'erne netop havde afsluttet det første år på en bacheloruddannelse i ingeniørfysik på Université Laval, Quebec City, og var klar til et sommerjob på det canadiske postkontor. Det var dengang, hun stødte ind i en af ​​sine foredragsholdere i det lokale supermarked.

Efter at have lært af hendes planer, skrev Tremblays kommende karriererådgiver en alternativ mulighed ned på bagsiden af ​​sin kassekvittering og gav kontaktoplysninger til to professorer, der sandsynligvis skulle have brug for en forskningsassistent i løbet af sommerferien. Nysgerrighed vakt, Tremblay gik til fysikafdelingen, bankede på nogle døre og landede en tre-måneders placering i Lavals Center for Optik, Fotonik og Lasere (COPL).

Mens hun var der, arbejdede hun på en prototype laserbaseret fingeraftryksdetektionsopsætning og genopbyggede en ret trist udseende – faktisk fuldstændig demonteret – CO₂ laser system. "Jeg elskede den sommer - stemningen i afdelingen var fantastisk," husker Tremblay. "Jeg var i høj grad det nye barn i byen, der arbejdede sammen med alle disse talentfulde kandidatstuderende, men jeg har en cando-tankegang og var ivrig efter at lære af dem alle."

Tremblay så sig aldrig tilbage. Hendes ingeniørfysikuddannelse blev efterfulgt af en kandidatgrad i integreret optik og en ph.d. i optoelektronik, hvorefter hun brugte 14 år på at samle domæneviden og anvendt knowhow hos Canadas førende fiberoptiske teknologivirksomheder. Disse inkluderede INO (et privat forskningscenter, der fokuserer på optik og fotonikinnovation for industripartnere); Nortel (på det tidspunkt en af ​​telekommunikationsindustriens største producenter af netværksudstyr); EXFO (en specialistleverandør af fiberoptisk test- og måleudstyr); og Roctest (som udvikler fiberoptiske sensorer og målesæt til geotekniske applikationer).

Opbygning af et hierarki af viden

Denne granulære forståelse forankret i byggestenene i det fiberoptiske kommunikationsnetværk – specifikt lasersendere, optiske forstærkere, switche, modtagere og fibre, der understøtter datatransmission med høj båndbredde – har informeret og beriget Tremblays efterfølgende akademiske forskningskarriere på École de teknologi supérieure (ÉTS) i Montreal gennem de seneste 18 år. "Det hjælper dig med at designe real-world løsninger til netværket, når du ved, hvad de optiske komponenter kan levere, og hvad deres begrænsninger er med hensyn til ydeevne og optimering," forklarer hun.

For Tremblay er en stor attraktion i den optiske kommunikationssektor muligheden, det giver hende for at arbejde med mennesker på tværs af en bred vifte af discipliner, såsom elektroingeniører, fysikere, matematikere, komponentintegratorer, dataloger og for nylig maskinlæringsspecialister . Der er også masser af samarbejde mellem den akademiske verden og industrien, hvor fokus i høj grad er at arbejde med udstyrsproducenters R&D-teams (samt marketing og forretningsudvikling) for at omsætte og kommercialisere forskningsgennembrud til netværksparate teknologier og applikationer.

"Min R&D-vej har givet mig mulighed for at arbejde på tværs af et bredt og stadigt udviklende fysik- og ingeniørlærred," siger Tremblay. ”Det hjælper selvfølgelig, at jeg i sagens natur er nysgerrig – en, der kan lide at skubbe ud i nye retninger for at forfølge friske undersøgelseslinjer. Alle mulige muligheder følger, når du er åben og villig til at forbinde og samarbejde med partnere, der arbejder med deres egne interessante problemer."

At FoU-fokus og mangfoldighed af tilgang afspejles i Tremblays ÉTS-forskningsgruppe, som hun siger er en "multidisciplinær smeltedigel" bestående af to postdocs, tre ph.d.-studerende og yderligere 10 teammedlemmer (hovedsageligt MSc/Meng-studerende og forskningsassistenter). Det er bemærkelsesværdigt, at i betragtning af den langsigtede ubalance mellem kønnene inden for teletekniske discipliner, har Tremblays gruppe inkluderet flere kvinder end mænd i løbet af de sidste fem år – og hun indrømmer at være "meget stolt over at have en så talentfuld blanding af anvendte videnskabsmænd og ingeniører, der arbejder i min hold".

Træning af næste generation

Ud over sine brede forskningsinteresser brænder Tremblay også for faglig udvikling og uddannelse. Især har hun gjort meget for at uddanne den næste generation af kommunikationsingeniører til at understøtte installation, test og vedligeholdelse af højhastigheds optiske netværk – primært gennem en langvarig tilknytning til Optical Societys flagskib Optisk fiber kommunikation (OFC) årlige konference.

Ved at arbejde sammen med branchekolleger var Tremblay akademisk medinstruktør for to velmodtagne efteruddannelseskurser på OFC: et om optisk fiberkarakterisering og test i langdistance- og metronetværk; den anden om polarisationsrelaterede målinger i fibernet. "Dette var praktiske workshops rettet mod et blandet publikum af forskerstuderende, ingeniører i den tidlige karriere og senior telekommunikations- og fotonikfolk fra hele verden," forklarer hun.

Det afgørende er, at alt det optiske sæt, som deltagerne brugte, blev lånt gratis af forskellige test- og målefirmaer, hvor Tremblay var nødt til at "hjule og handle" på forhånd for at indkalde tjenester fra f.eks. hendes tidligere arbejdsgiver EXFO. I betragtning af den interaktive karakter af træningen, regner Tremblay med, at hun lærte lige så meget af de delegerede, som de sandsynligvis tog fra instruktørerne, og fik også nogle langvarige kontakter. "Jeg var meget glad og stolt over at bidrage til OFC's faglige udviklingsprogram," bemærker hun. "Selvom en ikke-triviel overhead oven i mine ÉTS-forskningsaktiviteter, var det sjovt og utroligt givende i lige så høj grad."

I disse dage er Tremblay fuld professor i ÉTS elektroingeniørafdeling samt stiftende forsker og leder af instituttets Network Technology Lab. Dette avancerede fiberoptiske lag testbed, udviklet sammen med telekommunikationsudstyrsproducenten Ciena i løbet af det seneste årti og mere, omfatter 2500 km af forskellige fibertyper, der forbinder en række højhastigheds optiske transmissionssystemer. Ved siden af ​​Ciena er hendes nuværende R&D-partnere Chalmers University of Technology i Sverige, den franske ingeniørskole Télécom SudParis og canadisk telekommunikationstjenesteudbyder TELUS.

Som sådan spænder Tremblays forskningsprogram over flere brede interesseområder. Det dækker for eksempel "smarte optiske netværk", hvor maskinlæring bruges til at forudsige kvaliteten af ​​transmissionen i optiske fibersystemer, samt ydeevneovervågning af installerede netværk (herunder forudsigelige metoder til nedbrydning og fejl på tværs af multifiberanlæg implementeringer for at informere tekniske opgraderinger). Tremblays gruppe arbejder også med "filterløse" optiske netværksarkitekturer (baseret på billige passive optiske routing-teknologier) samt fotoniske enhedsmodellering og polariseringsmålinger til registrering af applikationer i telekommunikationsnetværk.

En anden ny mulighed er kvantekommunikation. "Quantum er i høj grad håbefuldt for os lige nu, selvom vi allerede taler med relevante eksperter i Canada," siger Tremblay. Hvis der imidlertid kommer finansiering, planlægger hendes team at optimere ydeevnen af ​​sikker, langdistance kvantenøgledistribution på tværs af et klassisk optisk netværk ved hjælp af konstruerede kvante-sammenfiltrede fotoniske teknologier.

Bortset fra forskningsveje er Tremblays nøglebudskab til nutidens fysikere i den tidlige karriere det samme, som det var for 40 år siden, tilbage i den købmand i Quebec City. "Følg dit instinkt og vær nysgerrig," slutter hun. "Det er lige så vigtigt at være opmærksom, så når nye muligheder opstår, kan du udnytte dem."

Stillingen Brug af fysik til at fremme fiberoptisk innovation dukkede først på Fysik verden.

• Coinsmart. Europas bedste Bitcoin og Crypto Exchange.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. FRI ADGANG.
• CryptoHawk. Altcoin radar. Gratis prøveversion.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/using-physics-to-fuel-fibre-optic-innovation/