Nutzung der Physik zur Förderung der Glasfaserinnovation

Für einige Nachwuchswissenschaftler ist die Zukunft ein vorherbestimmter Weg, der in den Sternen steht; für andere scheint die Zukunft genauso wahrscheinlich auf der Rückseite einer Lebensmittelgeschäftsquittung zu finden. Nehmen Christine Tremblay der in den frühen 1980er Jahren gerade das erste Jahr eines Bachelor-Studiums in Ingenieurphysik an der abgeschlossen hatte Université Laval, Quebec City, und war bereit für einen Sommerjob bei der kanadischen Post. Da traf sie im örtlichen Supermarkt einen ihrer Dozenten.

Als Tremblays angehender Karriereberater von ihren Plänen erfuhr, kritzelte er eine alternative Option auf die Rückseite seiner Kassenquittung und gab die Kontaktdaten von zwei Professoren an, die wahrscheinlich in den Sommerferien einen Forschungsassistenten benötigen. Neugierig geworden, ging Tremblay zur Physikabteilung, klopfte an einige Türen und bekam einen dreimonatigen Praktikumsplatz bei Laval Zentrum für Optik, Photonik und Laser (COPL).

Dort arbeitete sie an einem Prototyp einer laserbasierten Fingerabdruckerkennungsanordnung und baute ein ziemlich traurig aussehendes – tatsächlich vollständig zerlegtes – CO wieder auf₂ Lasersystem. „Ich liebte diesen Sommer – die Atmosphäre in der Abteilung war fantastisch“, erinnert sich Tremblay. „Ich war so ziemlich das neue Kind in der Stadt und arbeitete mit all diesen talentierten Doktoranden zusammen, aber ich habe eine Macher-Mentalität und war begierig darauf, von ihnen allen zu lernen.“

Tremblay hat es nie bereut. Auf ihren Abschluss in Ingenieurphysik folgten ein Master-Abschluss in integrierter Optik und ein Doktortitel in Optoelektronik, wonach sie 14 Jahre damit verbrachte, Domänenwissen und angewandtes Know-how bei Kanadas führenden Glasfasertechnologieunternehmen zu sammeln. Diese enthielten INO (ein privates Forschungszentrum, das sich auf optische und photonische Innovationen für Industriepartner konzentriert); Nortel (damals einer der größten Hersteller von Netzwerkausrüstung in der Telekommunikationsbranche); EXFO (ein spezialisierter Anbieter von faseroptischen Test- und Messgeräten); und Roctest (das faseroptische Sensoren und Messkits für geotechnische Anwendungen entwickelt).

Aufbau einer Wissenshierarchie

Dieses granulare Verständnis, das in den Bausteinen des faseroptischen Kommunikationsnetzwerks verwurzelt ist – insbesondere in den Lasersendern, optischen Verstärkern, Schaltern, Empfängern und Fasern, die die Datenübertragung mit hoher Bandbreite unterstützen – hat Tremblays spätere akademische Forschungskarriere bei informiert und bereichert cole de technologie supérieure (ÉTS) in Montreal in den letzten 18 Jahren. „Es hilft Ihnen, reale Lösungen für das Netzwerk zu entwerfen, wenn Sie wissen, was die optischen Komponenten leisten können und wo ihre Grenzen in Bezug auf Leistung und Optimierung liegen“, erklärt sie.

Für Tremblay ist eine große Attraktion des Sektors der optischen Kommunikation die Möglichkeit, mit Menschen aus einem breiten Spektrum von Disziplinen zusammenzuarbeiten, darunter Elektroingenieure, Physiker, Mathematiker, Komponentenintegratoren, Informatiker und seit kurzem Spezialisten für maschinelles Lernen . Es gibt auch viele Kooperationen zwischen Wissenschaft und Industrie, wobei der Schwerpunkt sehr stark auf der Zusammenarbeit mit den F&E-Teams der Gerätehersteller (sowie Marketing und Geschäftsentwicklung) liegt, um Forschungsdurchbrüche in netzwerkfähige Technologien und Anwendungen umzusetzen und zu kommerzialisieren.

„Mein F&E-Pfad hat es mir ermöglicht, auf einem breiten und sich noch entwickelnden Feld der Physik und Technik zu arbeiten“, sagt Tremblay. „Es hilft natürlich, dass ich von Natur aus neugierig bin – jemand, der gerne in neue Richtungen vordringt, um neue Forschungsrichtungen zu verfolgen. Wenn Sie aufgeschlossen und bereit sind, sich mit Partnern zu verbinden und zusammenzuarbeiten, die an eigenen interessanten Problemen arbeiten, ergeben sich alle möglichen Möglichkeiten.“

Dieser F&E-Fokus und die Vielfalt der Ansätze spiegeln sich in Tremblays ÉTS-Forschungsgruppe wider, die ihrer Meinung nach ein „multidisziplinärer Schmelztiegel“ ist, der aus zwei Postdocs, drei Doktoranden und weiteren 10 Teammitgliedern (hauptsächlich MSc/MEng-Studenten und Forschungsassistenten) besteht. Bezeichnenderweise hat Tremblays Gruppe angesichts des langfristigen Ungleichgewichts zwischen den Geschlechtern in den Disziplinen der Telekommunikationstechnik in den letzten fünf Jahren mehr Frauen als Männer aufgenommen – und sie bekennt, „sehr stolz darauf zu sein, eine so talentierte Mischung aus angewandten Wissenschaftlern und Ingenieuren in meiner zu haben Mannschaft".

Ausbildung der nächsten Generation

Neben ihren weitreichenden Forschungsinteressen engagiert sich Tremblay auch leidenschaftlich für berufliche Entwicklung und Bildung. Insbesondere hat sie viel getan, um die nächste Generation von Kommunikationsingenieuren auszubilden, um die Installation, das Testen und die Wartung von optischen Hochgeschwindigkeitsnetzen zu unterstützen – hauptsächlich durch eine langjährige Verbindung mit dem Flaggschiff der Optical Society Optische Faserkommunikation (OFC) Jahreskonferenz.

Zusammen mit Branchenkollegen war Tremblay akademischer Co-Dozent für zwei gut angenommene Weiterbildungskurse am OFC: einen über die Charakterisierung und Prüfung von Glasfasern in Langstrecken- und Stadtnetzen; das andere zu polarisationsbezogenen Messungen in Glasfasernetzen. „Dies waren praxisorientierte Workshops, die sich an ein gemischtes Publikum aus Forschungsstudenten, angehenden Ingenieuren und erfahrenen Telekommunikations- und Photonikern aus der ganzen Welt richteten“, erklärt sie.

Entscheidend ist, dass das gesamte von den Teilnehmern verwendete optische Kit kostenlos von verschiedenen Test- und Messunternehmen ausgeliehen wurde, wobei Tremblay im Voraus „draufschlagen“ musste, um Gefälligkeiten von Leuten wie ihrem ehemaligen Arbeitgeber EXFO in Anspruch zu nehmen. Angesichts des interaktiven Charakters des Trainings geht Tremblay davon aus, dass sie von den Delegierten genauso viel gelernt hat, wie sie wahrscheinlich von den Ausbildern mitgenommen haben, und auch einige lang anhaltende Kontakte geknüpft hat. „Ich war sehr froh und stolz, zum beruflichen Entwicklungsprogramm des OFC beizutragen“, bemerkt sie. „Obwohl es neben meinen ÉTS-Forschungsaktivitäten ein nicht trivialer Overhead war, hat es großen Spaß gemacht und war gleichermaßen unglaublich lohnend.“

Heute ist Tremblay ordentlicher Professor am Fachbereich Elektrotechnik der ÉTS sowie Gründungsforscher und Institutsleiter Labor für Netzwerktechnologie. Diese fortschrittliche Testumgebung für Glasfaserschichten wurde zusammen mit dem Telekommunikationsausrüstungshersteller entwickelt Ciena in den letzten zehn Jahren und mehr umfasst 2500 km verschiedener Fasertypen, die eine Reihe von optischen Hochgeschwindigkeitsübertragungssystemen verbinden. Neben Ciena sind ihre derzeitigen F&E-Partner Chalmers University of Technology in Schweden die französische Ingenieurschule Telecom Sud Paris und kanadischer Telekommunikationsanbieter TELUS.

Daher umfasst das Forschungsprogramm von Tremblay mehrere breite Interessengebiete. Es umfasst beispielsweise „intelligente optische Netze“, in denen maschinelles Lernen zur Vorhersage der Übertragungsqualität in Glasfasersystemen sowie zur Leistungsüberwachung installierter Netze (einschließlich prädiktiver Methoden für Verschlechterung und Ausfall über mehrere Glasfaseranlagen hinweg) verwendet wird Bereitstellungen, um technische Upgrades zu informieren). Tremblays Gruppe arbeitet auch an „filterlosen“ optischen Netzwerkarchitekturen (basierend auf kostengünstigen passiven optischen Routing-Technologien) sowie an photonischer Gerätemodellierung und Polarisationsmessungen für Sensoranwendungen in Telekommunikationsnetzwerken.

Eine weitere neue Chance ist die Quantenkommunikation. „Quantum ist für uns derzeit weitgehend ambitioniert, obwohl wir bereits mit einschlägigen Experten in Kanada sprechen“, sagt Tremblay. Wenn die Finanzierung jedoch bevorsteht, plant ihr Team, die Leistung der sicheren Quantenschlüsselverteilung über große Entfernungen über ein klassisches optisches Netzwerk unter Verwendung von technischen quantenverschränkten photonischen Technologien zu optimieren.

Abgesehen von den Forschungspfaden ist die Schlüsselbotschaft von Tremblay für den Physiknachwuchs von heute die gleiche wie vor 40 Jahren, damals in diesem Lebensmittelgeschäft in Quebec City. „Folgen Sie Ihrem Instinkt und seien Sie neugierig“, schließt sie. „Es ist ebenso wichtig, wachsam zu sein, damit Sie neue Möglichkeiten nutzen können, wenn sie sich bieten.“

Die Post Nutzung der Physik zur Förderung der Glasfaserinnovation erschien zuerst auf Physik-Welt.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/using-physics-to-fuel-fibre-optic-innovation/