Michael Robertson: pionir optičnih komunikacij prekine povezavo z omrežjem

Zmožnost, da preprosto prenesete knjigo, videoposnetek ali PDF iz interneta, je nekaj, kar je enostavno vzeti za samoumevno. Samo predstavljajte si, koliko časa bi trajalo, da prejmete isto datoteko, poslano po pošti. Ne glede na to, ali gre za družbene medije, novice, televizijske oddaje, filme ali akademske članke, vam lahko internet skoraj v trenutku omogoči dostop do njih. To je revolucija v naši informacijski ekonomiji, ki je resnično spremenila sodobni svet.

Zgodba o telekomunikacijah se začne v poznih petdesetih letih 1850. stoletja, ko je bil med Veliko Britanijo in ZDA položen 3000 km dolg bakreni kabel za prenos električnih signalov, kar je kraljici Viktoriji omogočilo pošiljanje prvega čezcelinskega telegrama. Sporočilo, naslovljeno na ameriškega predsednika Jamesa Buchanana, je trajalo več kot 17 ur za prenos, vendar je vsebovalo le 98 besed – manj kot 500 bajtov informacij. Nasprotno pa nam današnja telekomunikacijska omrežja omogočajo prenos gigabajtov podatkov čez oceane v nekaj sekundah, večinoma zaradi tehnologije optičnih vlaken.

Za pošiljanje sporočila po kablu z optičnimi vlakni ga je treba najprej pretvoriti v optični signal, kot so impulzi ali bliski svetlobe, preden se čim bolj učinkovito sproži vzdolž steklenih vlaken. Signal je treba nato zaznati in prevesti nazaj v podatkovno obliko. To je večstopenjski proces, ki zahteva napredno tehnologijo, ki jo je deloma razvil in implementiral fizik pionir Michael Robertson, ki je pravkar obesil svoja laserska očala po skoraj 43 letih v komunikacijah z optičnimi vlakni.

Robertson je svojo kariero preživel v vodilni svetovni raziskovalni ustanovi za fotoniko v Martlesham Heath v Ipswichu. Laboratorij podjetja, ki je bil sprva znan kot Post Office Research Station, je v preteklih letih šel skozi veliko različnih lastnikov in se zdaj imenuje Adastral Park. Tukaj je Robertson razvil tehnologijo, ki je močno povečala hitrost prenosa podatkov v optičnih komunikacijskih kablih. Delo, ki so ga opravili Robertson in njegova ekipa, je podprlo velik del internetne infrastrukture, na katero se danes zanašamo – celo hrbtenice pandemije, Zoom in Skype, uporabljajo tehnologijo, ki so jo razvili.

Seveda potrebujete elektroniko, da deluje hitreje in hitreje, vendar gre za isto [optično] vlakno ... to je tisto, kar smo dosegli, veliko višje hitrosti prenosa podatkov po istem vlaknu.«

Robertsonova raziskava se je osredotočila na laserje, ki se uporabljajo za prenos optičnih signalov po kablih, in detektorje, ki so bili uporabljeni za njihov sprejem. »V zgodnjih 8-ih smo začeli pri približno 80 megabitih [na sekundo], zdaj pa smo pri 25 gigabitih,« pravi. To število se še poveča, ko so sistemi "multipleksirani" skupaj, kar učinkovito omogoča hkratno pošiljanje več signalov v enem optičnem kablu. "Ko ga multipleksirate, govorimo o 100 gigabitih ali celo več, kar pomeni ogromno povečanje z zelo malo slabosti." Delo pomeni, da je bila potrebna minimalna dodatna infrastruktura za prenos več kot 10,000-krat toliko podatkov, kot je bilo mogoče v osemdesetih letih.

»Seveda potrebujete elektroniko, da deluje vedno hitreje, vendar gre za isto [optično] vlakno,« pravi Robertson. "Torej, to je tisto, kar smo dosegli, veliko višje hitrosti prenosa podatkov prek istega vlakna." To pomeni, da je filmski posnetek, ki bi v osemdesetih letih prejšnjega stoletja trajal več kot eno uro za prenos, zdaj dostopen v manj kot sekundi, čeprav se signal še vedno prenaša po istih optičnih vlaknih.

Polimat fotonske znanosti

Robertson je svojo pot začel kot fizik pri Univerza St Andrews, kjer je diplomiral leta 1976, preden se je preselil v Durham University narediti doktorat iz sončnih celic kadmijevega sulfida. »Želel sem narediti nekaj koristnega,« pravi, »mislil sem, da je sončna energija pomembna za prihodnost. Ko sem [moj doktorat] končal, sem želel še naprej delati nekaj koristnega.« Robertson je Durham zapustil leta 1979, ko so, kot ugotavlja, "optične telekomunikacije šele vzhajale".

Zaposlil se je na Post Office Research Station, a jo je kmalu prevzel British Telecom (BT), postaja Raziskovalni laboratoriji BT (BT Labs). Tu se je kot eksperimentalni fizik ukvarjal s polprevodniškimi laserji in fotodiodami, ki so ključne komponente v optičnih komunikacijskih omrežjih. Robertson se je hitro učil in utrdil fiziko trdne snovi, ki jo je pridobil med doktoratom, s številnimi drugimi veščinami.

»V optoelektroniki sem delal veliko različnih stvari: delal sem epitaksijo; Ukvarjal sem se z manekenstvom; in delal sem v laserski zanesljivosti. Tam sem začel,« pravi Robertson in dodaja, da je bila zanesljivost laserja »velika težava v zgodnjih dneh«. Laserske naprave, ki temeljijo na polprevodnikih, so delovale pri visoki gostoti toka, kar pomeni, da je moralo veliko električnega toka teči skozi majhno območje, zaradi česar so bile nagnjene k okvari. »Zdržali bi en dan,« se spominja, »mi pa smo morali delati na tem, da bi zdržali do 25 let. To je nekakšna življenjska doba, ki jo zdaj zmorejo.« To je tudi življenjska doba, ki jo te diode potrebujejo za zanesljivo delovanje v optičnih komunikacijskih omrežjih.

Okoli leta 1989 je Robertson svoje strokovno znanje prenesel v majhen laboratorij približno kilometer stran od Martlesham Heatha, znan kot BT&D, ki ga je BT ustanovil z ameriškim velikim podjetjem. DuPont. Sam sebe imenuje "tehnični tip, odgovoren za projekte detektorjev", kar je podcenjen opis, ki zanika vpliv njegovega dela na področju fizike trdne snovi pri BT&D. Tam sta Robertson in njegova ekipa prvič uvedla tehniko, znano kot metalorganska epitaksija v parni fazi (MOVP) za gojenje določenih vrst polprevodniških kristalov z več plastmi. Ti polprevodniki se uporabljajo v mnogih bistvenih komponentah, ki sestavljajo komunikacijske sisteme z optičnimi vlakni, vključno z modulatorji, detektorji in laserji.

Tehniko rasti MOVP je prvotno uvedel Rodney Moss, znanstvenik, ki je prav tako dolga leta deloval na BT. Omogočil je, po Robertsonovih besedah, "dramatično spremembo" v krajini optičnih komunikacij. Pred Robertsonovim delom na MOVP pri BT&D je bilo mogoče polprevodnike gojiti le v majhnih kosih s slabo zanesljivostjo. To je omejilo njihovo uporabo, zlasti pri zaznavanju majhnih signalov na koncu telekomunikacijskih omrežij. Toda z MOVP je Robertson uspel vzgojiti veliko večje polprevodniške kristale. Ti so bili zelo zanesljivi in, kar je pomembno, so omogočali tudi hitre optične detektorje, ki so lahko zajeli signale, ki so se hitreje modulirali, s čimer so povečali hitrost zbiranja podatkov.

Stabilnost v nenehno spreminjajoči se pokrajini

Po enem letu pri BT&D se je Robertson preselil nazaj v laboratorije BT v Martlesham Heath in leta 1993 je s svojo ekipo pri BT in BT&D prejel kraljičino nagrado za tehnologijo (zdaj del Kraljeve nagrade za podjetje) za njihovo delo na področju optoelektronskih materialov in naprav. Toda leta 2000, med razmahom »dot com«, je podjetje prodalo objekt, v katerem je delal Robertson, ameriškemu velikanu za optične komunikacije Corning. Ko je v zgodnjih 2000-ih počil dotcom mehurček, se je Corning umaknil iz Martlesham Heatha, pri čemer je za seboj pustil večino laboratorijske infrastrukture in opreme. Spletno mesto je prevzela razvojna agencija East of England Development Agency, iz katere sta Robertson in njegov takratni šef David Smith leta 2003 ustanovila zagonsko podjetje Center for Integrated Photonics (CIP). Center je obstajal do leta 2012, takrat pa je vlada potegnila čep razvojnim agencijam in CIP prodala kitajskemu tehnološkemu podjetju Huawei, v čigar lasti je še danes.

Nenehno spreminjajoča se narava laboratorija in Robertsonova kariera v njem sta simbol spreminjajočega se obraza telekomunikacijske industrije v Združenem kraljestvu. Vsako podjetje je imelo svoje značilnosti, strategije in slabosti. »V dneh BT smo imeli največ svobode,« razmišlja in meni, da je BT svetovno znana operacija, ki je bila v mnogih pogledih pionir na tem področju. Po drugi strani pa je Huawei dal laboratoriju najbolj jasno komercialno usmeritev. »V Huaweiju smo bližje ostremu koncu. Hočejo nekaj, kar lahko prodamo iz tega.«

Nekateri politiki in komentatorji so dvomili o vpletenosti Huaweija na tako odmevno področje, pri čemer je vlada Združenega kraljestva leta 2020 izpostavila varnostne pomisleke proti podjetju. Vlada je dejala, da želi, da se Huawei odstrani iz omrežij 5G v Združenem kraljestvu do leta 2027, in je tudi podjetjem za optična vlakna svetoval, naj se distancirajo od opreme Huawei. Ko pa so ga vprašali o kritikah Huaweija, se Robertson zdi razmeroma optimističen. »Kar zadeva varnostna vprašanja, o katerih berete v tisku, [v Martlesham Heath] smo popolnoma ločeni od vsega tega. Stvari, ki jih počnemo, so raziskave materialov, zato nimajo stranskih vrat; lahko nadaljujemo s tem, da smo fiziki in znanstveniki materialov, kar me veseli. Huawei se zelo trudi zagotoviti, da ne počne ničesar, česar ne bi smel.«

Prizadevanje za boljšo znanost in tehnologijo – ne glede na spreminjajoče se delovno okolje – je bilo za Robertsona vedno veliko gonilo in delo v podjetju mu je zelo ustrezalo.

Medtem ko mnogi fiziki uživajo v intelektualni svobodi akademskih raziskovalnih okolij, Robertson pravi, da ga nikoli ni zadrževalo delo v industriji, kjer so imeli dostop do več sredstev in boljše opreme. Dodal je, da je bilo "več osredotočenosti na rezultat", medtem ko ste imeli na univerzah več prilagodljivosti.

Bolj akademski ljudje morda želijo slediti svojim teorijam, namesto da bi bili omejeni, vendar jaz nikoli nisem bil tak. Vedno sem z veseljem nekaj naredil in videl, ali deluje.

"Z veseljem sem se prepustil toku," pravi. »Več akademskih ljudi bo morda želelo slediti svojim teorijam, namesto da bi bili omejeni, vendar nikoli nisem bil tak. Vedno sem bil vesel, ko sem nekaj naredil in videl, ali deluje.” Robertson meni, da je potreben "zelo določen tip značaja", da svoje življenje posvetijo določenemu ozkemu področju, vendar dodaja, da je "blagoslovljen, ker lahko dela na vseh teh različnih stvareh".

Končna razmišljanja

Če se ozrem nazaj na kariero, ki je vključevala optiko, elektroniko, laserje, modeliranje in informacijsko znanost, je Robertson užival v delu v številnih disciplinah fizike, pri čemer sebe opisuje kot "bolj generalista" kot nekoga, ki se drži ene posebne discipline. Zaradi te raznolike izkušnje je na koncu postal vodja raziskav in sodelovanja pri Huaweiju, kjer je upravljal povezave med podjetjem in drugimi akademskimi in korporativnimi raziskovalnimi inštituti po Veliki Britaniji in preostali Evropi. Robertson, ki je zdaj star 66 let, se je uradno upokojil, vendar kot mnogi fiziki nekaj dni na mesec še vedno drži prste pri Huaweiju.

»Svoje kariere ne smatram za nič spektakularnega,« pravi Robertson, ki ostaja odločno prizemljen glede svojih velikih prispevkov k optičnim komunikacijam. In ko ga vprašajo, ali se njegova družina kdaj pošali, da je on razlog, zakaj televizija deluje ali zakaj se videoposnetki tako hitro prenašajo, se samoponižujoče nasmehne in reče "občasno". Njegovi kolegi pa so o njegovem vplivu na področje optičnih komunikacij bolj odkriti.

Preskromen bo, da bi to rekel, vendar je njegovo delo koristilo vsem v Združenem kraljestvu z internetno povezavo

Michael Hill-King, direktor sodelovanja, Huawei UK

"Michaelova kariera v Martlesham Heathu je potovanje skozi razvoj industrije optoelektronike," pravi Michael Hill-King, direktor sodelovanja pri Huawei UK. "Bil bo preveč skromen, da bi to rekel, toda njegovo delo je koristilo vsem v Združenem kraljestvu z internetno povezavo." To je mnenje, ki ga je ponovil Henk Koopmans, glavni izvršni direktor Huawei UK za raziskave in razvoj, "Michael bi moral biti zelo ponosen na pomemben prispevek, ki ga je dal k razvoju fotonike v Združenem kraljestvu."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/michael-robertson-pioneer-of-optical-communications-disconnects-from-the-network/