Uporaba fizike za spodbujanje inovacij na področju optičnih vlaken

Za nekaj znanstvenikov na začetku kariere je prihodnost vnaprej določena pot, zapisana v zvezdah; za druge se zdi, da je prav tako verjetno, da bodo prihodnost našli na zadnji strani računa v trgovini z živili. Vzemi Christine Tremblay ki je v zgodnjih osemdesetih letih pravkar zaključil prvi letnik dodiplomskega študija inženirske fizike na Université Laval, Quebec City, in je bil pripravljen za poletno službo na kanadski pošti. Takrat je v lokalnem supermarketu naletela na enega od svojih predavateljev.

Ko je izvedel za njene načrte, je Tremblayjev potencialni karierni svetovalec na hrbtno stran svoje blagajne načečkal alternativno možnost in zagotovil kontaktne podatke za dva profesorja, ki bosta med poletnimi počitnicami verjetno potrebovala raziskovalca. Zaradi radovednosti je Tremblay odšel na oddelek za fiziko, potrkal na nekatera vrata in dobil trimesečno službo pri Lavalu Center za optiko, fotoniko in laserje (COPL).

Medtem ko je bila tam, je delala na prototipu laserske naprave za zaznavanje prstnih odtisov in obnovila precej žalostnega videza – pravzaprav popolnoma razstavljeno – CO₂ laserski sistem. »Všeč mi je bilo tisto poletje – vzdušje na oddelku je bilo čudovito,« se spominja Tremblay. "Bil sem zelo nov otrok v mestu, ki je delal skupaj z vsemi temi nadarjenimi podiplomskimi študenti, vendar sem imel miselnost, da lahko naredim in sem se želel učiti od vseh."

Tremblay se ni nikoli ozrl nazaj. Njeni diplomi iz inženirske fizike je sledil magisterij iz integrirane optike in doktorat iz optoelektronike, po katerem je 14 let zbirala znanje o domeni in uporabno znanje in izkušnje v vodilnih kanadskih podjetjih za tehnologijo optičnih vlaken. Ti vključujejo JAZ NE (zasebno raziskovalno središče, ki se osredotoča na inovacije v optiki in fotoniki za industrijske partnerje); Nortel (takrat eden največjih proizvajalcev omrežne opreme v telekomunikacijski industriji); EXFO (specializirani ponudnik opreme za testiranje in merjenje optičnih vlaken); in Roctest (ki razvija senzorje z optičnimi vlakni in merilni komplet za geotehnične aplikacije).

Gradnja hierarhije znanja

To podrobno razumevanje, ki je zakoreninjeno v gradnikih komunikacijskega omrežja z optičnimi vlakni – zlasti laserskih oddajnikih, optičnih ojačevalnikih, stikalih, sprejemnikih in vlaknih, ki podpirajo visokopasovni prenos podatkov – je informiralo in obogatilo Tremblayjevo kasnejšo akademsko raziskovalno kariero na École de tehnologie supérieure (ÉTS) v Montrealu v zadnjih 18 letih. »Pomaga vam pri oblikovanju resničnih rešitev za omrežje, ko veste, kaj lahko zagotovijo optične komponente in kakšne so njihove omejitve v smislu zmogljivosti in optimizacije,« pojasnjuje.

Za Tremblay je ena velika privlačnost sektorja optičnih komunikacij priložnost, ki ji jo daje, da dela z ljudmi iz najrazličnejših disciplin, kot so inženirji elektrotehnike, fiziki, matematiki, integratorji komponent, računalničarji in v zadnjem času specialisti za strojno učenje. . Obstaja tudi veliko sodelovanja med akademskimi krogi in industrijo, kjer je poudarek v veliki meri na sodelovanju z ekipami za raziskave in razvoj izdelovalcev opreme (kot tudi pri trženju in poslovnem razvoju), da prevedejo in komercializirajo raziskovalne preboje v tehnologije in aplikacije, pripravljene za omrežja.

»Moja raziskovalno-razvojna pot mi je omogočila delo na širokem in še vedno razvijajočem se področju fizike in inženiringa,« pravi Tremblay. »Seveda mi pomaga, da sem sam po sebi radoveden – nekdo, ki se rad podaja v nove smeri, da bi sledil novim smernicam raziskovanja. Sledijo najrazličnejše priložnosti, ko ste odprti in pripravljeni na povezovanje in sodelovanje s partnerji, ki delajo na svojih zanimivih problemih.«

Ta osredotočenost na raziskave in razvoj ter raznolikost pristopa se odražata v Tremblayjevi raziskovalni skupini ÉTS, za katero pravi, da je »multidisciplinarni talilni lonec«, ki ga sestavljajo dva postdoktorana, trije doktorski študenti in še 10 članov skupine (predvsem študenti magisterija/magistra in raziskovalci). Glede na dolgoročno neravnovesje med spoloma v telekomunikacijskih inženirskih disciplinah je pomembno, da je Tremblayjeva skupina v zadnjih petih letih vključevala več žensk kot moških – in priznava, da je »zelo ponosna, da ima tako nadarjeno mešanico uporabnih znanstvenikov in inženirjev, ki delajo v mojem ekipa«.

Usposabljanje naslednje generacije

Poleg svojih obsežnih raziskovalnih interesov je Tremblay navdušena tudi nad poklicnim razvojem in izobraževanjem. Zlasti je naredila veliko za usposabljanje naslednje generacije komunikacijskih inženirjev za podporo namestitvi, testiranju in vzdrževanju visokohitrostnih optičnih omrežij – predvsem z dolgoletnim sodelovanjem z vodilnim podjetjem Optical Society. Komunikacija optičnih vlaken (OFC) letna konferenca.

V sodelovanju s kolegi iz industrije je bil Tremblay akademski soinštruktor za dva dobro sprejeta tečaja nadaljnjega izobraževanja pri OFC: enega o karakterizaciji in testiranju optičnih vlaken v omrežjih na dolge razdalje in v podzemnih omrežjih; druga o meritvah, povezanih s polarizacijo, v optičnih omrežjih. »To so bile praktične delavnice, ki so bile namenjene mešanemu občinstvu študentov raziskovalcev, inženirjev na začetku kariere ter višjih ljudi na področju telekomunikacij in fotonike z vsega sveta,« pojasnjuje.

Najpomembneje je, da so ves optični komplet, ki so ga uporabljali udeleženci, brezplačno posodila različna podjetja za testiranje in merjenje, pri čemer je morala Tremblayjeva vnaprej »pogovarjati«, da bi poklicala storitve od ljudi, kot je njen nekdanji delodajalec EXFO. Glede na interaktivno naravo usposabljanja Tremblayeva meni, da se je od delegatov naučila toliko, kot so verjetno vzeli od inštruktorjev, navezala pa je tudi nekaj dolgotrajnih stikov. »Bila sem zelo vesela in ponosna, da sem prispevala k programu strokovnega razvoja OFC,« ugotavlja. "Čeprav poleg mojih raziskovalnih dejavnosti ÉTS to ni bilo nepomembno, je bilo zelo zabavno in v enaki meri neverjetno koristno."

Danes je Tremblay redni profesor na oddelku za elektrotehniko ÉTS ter ustanovni raziskovalec in vodja inštituta Laboratorij za mrežno tehnologijo. Ta napredna preskusna naprava za plasti optičnih vlaken, razvita skupaj s proizvajalcem telekomunikacijske opreme Ciena v zadnjem desetletju in več obsega 2500 km različnih vrst vlaken, ki povezujejo niz hitrih optičnih prenosnih sistemov. Poleg Ciene so njeni trenutni partnerji na področju raziskav in razvoja Tehnološka univerza v Chalmersu na Švedskem francoska inženirska šola Télécom SudParis in kanadski ponudnik telekomunikacijskih storitev TELUS.

Kot tak Tremblayjev raziskovalni program obsega več širokih interesnih področij. Zajema na primer "pametna optična omrežja", v katerih se strojno učenje uporablja za napovedovanje kakovosti prenosa v sistemih z optičnimi vlakni, kot tudi spremljanje delovanja nameščenih omrežij (vključno z metodami za napovedovanje poslabšanja in okvare v elektrarnah z več vlakni uvajanja za obveščanje o inženirskih nadgradnjah). Tremblayjeva skupina dela tudi na arhitekturah optičnih omrežij brez filtrov (ki temeljijo na poceni tehnologijah pasivnega optičnega usmerjanja) kot tudi na modeliranju fotonskih naprav in meritvah polarizacije za aplikacije zaznavanja v telekomunikacijskih omrežjih.

Druga nastajajoča priložnost so kvantne komunikacije. "Quantum je trenutno za nas zelo ambiciozen, čeprav se že pogovarjamo z ustreznimi strokovnjaki v Kanadi," pravi Tremblay. Če bo financiranje kmalu, njena ekipa načrtuje optimizacijo delovanja varne distribucije kvantnih ključev na dolge razdalje v klasičnem optičnem omrežju z uporabo zasnovanih kvantno zapletenih fotonskih tehnologij.

Ne glede na raziskovalne poti je Tremblayjevo ključno sporočilo za današnje fizike na začetku kariere enako, kot je bilo pred 40 leti, v tisti trgovini z živili v mestu Quebec. "Sledite svojemu instinktu in bodite radovedni," zaključuje. "Enako pomembno je biti pozoren, da jih lahko izkoristiš, ko se pojavijo nove priložnosti."

Pošta Uporaba fizike za spodbujanje inovacij na področju optičnih vlaken pojavil prvi na Svet fizike.

• Coinsmart. Najboljša evropska borza bitcoinov in kriptovalut.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. PROST DOSTOP.
• CryptoHawk. Altcoin radar. Brezplačen preizkus.
• Vir: https://physicsworld.com/a/using-physics-to-fuel-fibre-optic-innovation/