Bruk av fysikk for å drive fiberoptisk innovasjon

For noen få forskere i tidlig karriere er fremtiden en forhåndsbestemt vei skrevet i stjernene; for andre ser det ut til at fremtiden like gjerne finnes på baksiden av en dagligvarebutikkkvittering. Ta Christine Tremblay som på begynnelsen av 1980-tallet nettopp hadde fullført det første året av en lavere grad i ingeniørfysikk ved Université Laval, Quebec City, og var klar for en sommerjobb på det kanadiske postkontoret. Det var da hun traff en av foreleserne sine i det lokale supermarkedet.

Etter å ha fått vite om planene hennes, skriblet Tremblays fremtidige karriererådgiver ned et alternativt alternativ på baksiden av kassaskvitteringen, og ga kontaktinformasjon for to professorer som sannsynligvis vil trenge en forskningsassistent i sommerferien. Nysgjerrigheten vakt, Tremblay gikk til fysikkavdelingen, banket på noen dører og fikk en tre måneders plassering i Lavals Senter for optikk, fotonikk og lasere (COPL).

Mens hun var der jobbet hun med en prototype laserbasert fingeravtrykkdeteksjonsoppsett og bygde om en ganske trist - faktisk helt demontert - CO₂ lasersystem. "Jeg elsket den sommeren - atmosfæren i avdelingen var fantastisk," husker Tremblay. "Jeg var veldig mye den nye gutten i byen, og jobbet sammen med alle disse talentfulle doktorgradsstudentene, men jeg har en kan-do-tankegang og var ivrig etter å lære av dem alle."

Tremblay så seg aldri tilbake. Hennes ingeniørfysikkgrad ble etterfulgt av en mastergrad i integrert optikk og en doktorgrad i optoelektronikk, hvoretter hun brukte 14 år på å samle domenekunnskap og anvendt kunnskap hos Canadas ledende fiberoptiske teknologiselskaper. Disse inkluderte INO (et privat forskningssenter som fokuserer på optikk og fotonikkinnovasjon for industripartnere); Nortel (den gang en av telekomindustriens største produsenter av nettverksutstyr); EXFO (en spesialistleverandør av fiberoptisk test- og måleutstyr); og Roctest (som utvikler fiberoptiske sensorer og målesett for geotekniske applikasjoner).

Bygge et kunnskapshierarki

Denne granulære forståelsen forankret i byggesteinene til det fiberoptiske kommunikasjonsnettverket – spesifikt lasersendere, optiske forsterkere, brytere, mottakere og fibre som understøtter dataoverføring med høy båndbredde – har informert og beriket Tremblays påfølgende akademiske forskerkarriere ved École de teknologi supérieure (ÉTS) i Montreal de siste 18 årene. "Det hjelper deg å designe reelle løsninger for nettverket når du vet hva de optiske komponentene kan levere og hva deres begrensninger er når det gjelder ytelse og optimalisering," forklarer hun.

For Tremblay er en stor attraksjon i den optiske kommunikasjonssektoren muligheten det gir henne til å jobbe med mennesker på tvers av et bredt spekter av disipliner, for eksempel elektroingeniører, fysikere, matematikere, komponentintegratorer, informatikere og nylig maskinlæringsspesialister. . Det er også mye samarbeid mellom akademia og industri, hvor fokuset er veldig mye på å jobbe med utstyrsprodusentenes FoU-team (samt markedsføring og forretningsutvikling) for å oversette og kommersialisere forskningsgjennombrudd til nettverksklare teknologier og applikasjoner.

"Min FoU-vei har tillatt meg å jobbe på tvers av et bredt og stadig utviklende fysikk- og ingeniørduk," sier Tremblay. "Det hjelper, selvfølgelig, at jeg iboende er nysgjerrig - noen som liker å presse ut i nye retninger for å forfølge nye undersøkelser. Alle slags muligheter følger når du er åpen og villig til å koble til og samarbeide med partnere som jobber med sine egne interessante problemer."

Dette FoU-fokuset og mangfoldet i tilnærmingen gjenspeiles i Tremblays ÉTS-forskningsgruppe, som hun sier er en "multidisiplinær smeltedigel" bestående av to postdoktorer, tre PhD-studenter og ytterligere 10 teammedlemmer (hovedsakelig MSc/MIng-studenter og forskningsassistenter). Betydelig, gitt den langsiktige kjønnsubalansen i telekomingeniørdisipliner, har Tremblays gruppe inkludert flere kvinner enn menn de siste fem årene - og hun innrømmer å være "veldig stolt over å ha en så talentfull blanding av anvendte forskere og ingeniører som jobber i min team".

Trene neste generasjon

Utover hennes brede forskningsinteresser, brenner Tremblay også for faglig utvikling og utdanning. Spesielt har hun gjort mye for å lære opp neste generasjon kommunikasjonsingeniører til å støtte installasjon, testing og vedlikehold av høyhastighets optiske nettverk – hovedsakelig gjennom en langvarig tilknytning til Optical Societys flaggskip Optisk fiber kommunikasjon (OFC) årskonferanse.

Tremblay jobbet sammen med bransjekolleger og var akademisk medinstruktør for to godt mottatte videreutdanningskurs ved OFC: ett om karakterisering av optisk fiber og testing i langdistanse- og metronettverk; den andre om polarisasjonsrelaterte målinger i fibernett. "Dette var praktiske workshops rettet mot et blandet publikum av forskerstudenter, ingeniører i tidlig karriere og senior telekom- og fotonikkfolk fra hele verden," forklarer hun.

Avgjørende var at alt det optiske settet som ble brukt av deltakerne ble lånt ut gratis av forskjellige test- og måleselskaper, med Tremblay som måtte "hjule og handle" på forhånd for å innkalle tjenester fra slike som hennes tidligere arbeidsgiver EXFO. Gitt den interaktive karakteren til opplæringen, regner Tremblay med at hun lærte like mye av delegatene som de sannsynligvis tok fra instruktørene, og tok også langvarige kontakter. "Jeg var veldig glad og stolt over å bidra til OFCs faglige utviklingsprogram," bemerker hun. "Selv om en ikke-triviell overhead på toppen av mine ÉTS-forskningsaktiviteter, var det veldig moro og utrolig givende i like stor grad."

I disse dager er Tremblay full professor i ÉTS elektroingeniøravdeling samt grunnlegger og leder av instituttets Nettverksteknologilab. Dette avanserte fiberoptiske laget testbed, utviklet med produsenten av telekomutstyr Ciena i løpet av det siste tiåret og mer, omfatter 2500 km med ulike fibertyper som forbinder en rekke høyhastighets optiske overføringssystemer. Ved siden av Ciena er hennes nåværende FoU-partnere Chalmers University of Technology i Sverige, den franske ingeniørskolen Télécom SudParis og kanadisk telekommunikasjonsleverandør TELUS.

Som sådan spenner Tremblays forskningsprogram flere brede interesseområder. Det dekker for eksempel "smarte optiske nettverk", der maskinlæring brukes til å forutsi kvaliteten på overføring i optiske fibersystemer, samt ytelsesovervåking av installerte nettverk (inkludert prediktive metoder for nedbrytning og feil på tvers av flere fiberanlegg distribusjoner for å informere om tekniske oppgraderinger). Tremblays gruppe jobber også med "filterløse" optiske nettverksarkitekturer (basert på rimelige passive optiske ruting-teknologier) så vel som fotonisk enhetsmodellering og polarisasjonsmålinger for sensing av applikasjoner i telekommunikasjonsnettverk.

En annen ny mulighet er kvantekommunikasjon. "Quantum er stort sett ambisiøst for oss akkurat nå, selv om vi allerede snakker med relevante eksperter i Canada," sier Tremblay. Hvis finansieringen kommer, planlegger teamet hennes å optimere ytelsen til sikker, langdistanse kvantenøkkeldistribusjon over et klassisk optisk nettverk ved å bruke konstruerte kvantesammenfiltrede fotoniske teknologier.

Bortsett fra forskningsveier, er Tremblays nøkkelbudskap for dagens fysikere i tidlig karriere det samme som det var for 40 år siden, tilbake i dagligvarebutikken i Quebec City. "Følg instinktet ditt og vær nysgjerrig," avslutter hun. "Det er like viktig å være på vakt slik at når nye muligheter dukker opp, kan du dra nytte av dem."

Innlegget Bruk av fysikk for å drive fiberoptisk innovasjon dukket først på Fysikkens verden.

• Myntsmart. Europas beste Bitcoin og Crypto Exchange.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. FRI TILGANG.
• CryptoHawk. Altcoin Radar. Gratis prøveperiode.
• Kilde: https://physicsworld.com/a/using-physics-to-fuel-fibre-optic-innovation/