Använda fysik för att driva på fiberoptisk innovation

För några forskare i tidiga karriärer är framtiden en förutbestämd väg skriven i stjärnorna; för andra verkar det som om framtiden lika sannolikt finns på baksidan av ett mataffärskvitto. Ta Christine Tremblay som i början av 1980-talet precis hade avslutat första året av en grundexamen i teknisk fysik på Université Laval, Quebec City, och var redo för ett sommarjobb på det kanadensiska postkontoret. Det var då hon stötte på en av sina föreläsare i den lokala stormarknaden.

När Tremblays blivande karriärrådgivare fick reda på hennes planer skrev han ner ett alternativt alternativ på baksidan av sitt kassakvitto, och gav kontaktuppgifter till två professorer som troligen är i behov av en forskningsassistent under sommaruppehållet. Nyfikenheten väcktes, Tremblay gick till fysikavdelningen, knackade på några dörrar och fick en tre månader lång placering inom Lavals Centrum för optik, fotonik och laser (COPL).

När hon var där arbetade hon på en prototyp av laserbaserad fingeravtrycksdetektering och byggde om en ganska tråkig - faktiskt helt demonterad - CO₂ lasersystem. "Jag älskade den sommaren - atmosfären på avdelningen var fantastisk", minns Tremblay. "Jag var mycket det nya barnet i stan, som arbetade tillsammans med alla dessa begåvade doktorander, men jag har ett kan-göra-tänkesätt och var ivrig att lära av dem alla."

Tremblay såg sig aldrig tillbaka. Hennes tekniska fysikexamen följdes av en magisterexamen i integrerad optik och en doktorsexamen i optoelektronik, varefter hon tillbringade 14 år med att samla domänkunskaper och tillämpad know-how hos Kanadas ledande fiberoptiska teknologiföretag. Dessa inkluderade INO (ett privat forskningscenter som fokuserar på optik och fotonikinnovation för industripartners); Nortel (vid den tiden, en av telekomindustrins största tillverkare av nätverksutrustning); EXFO (en specialistleverantör av fiberoptisk test- och mätutrustning); och Roctest (som utvecklar fiberoptiska sensorer och mätkit för geotekniska applikationer).

Att bygga en kunskapshierarki

Den granulära förståelsen med rötter i byggstenarna i det fiberoptiska kommunikationsnätverket – närmare bestämt lasersändare, optiska förstärkare, switchar, mottagare och fibrer som ligger till grund för dataöverföring med hög bandbredd – har informerat och berikat Tremblays efterföljande akademiska forskarkarriär på École de technology supérieure (ÉTS) i Montreal under de senaste 18 åren. "Det hjälper dig att designa verkliga lösningar för nätverket när du vet vad de optiska komponenterna kan leverera och vad deras begränsningar är när det gäller prestanda och optimering", förklarar hon.

För Tremblay är en stor attraktion inom den optiska kommunikationssektorn möjligheten det ger henne att arbeta med människor inom ett brett spektrum av discipliner, såsom elingenjörer, fysiker, matematiker, komponentintegratörer, datavetare och på senare tid, maskininlärningsspecialister . Det finns också mycket samarbete mellan akademi och industri, där fokus ligger mycket på att arbeta med utrustningstillverkares FoU-team (liksom marknadsföring och affärsutveckling) för att översätta och kommersialisera forskningsgenombrott till nätverksanpassade teknologier och applikationer.

"Min FoU-väg har gjort det möjligt för mig att arbeta över en bred och fortfarande utvecklad fysik- och ingenjörsduk," säger Tremblay. "Det hjälper så klart att jag är nyfiken i sig – någon som gillar att driva ut i nya riktningar för att driva nya frågeställningar. Alla möjliga möjligheter följer när du är öppen och villig att ansluta och samarbeta med partners som arbetar med sina egna intressanta problem.”

Att FoU-fokus och mångfald av tillvägagångssätt återspeglas i Tremblays ÉTS-forskargrupp, som hon säger är en "multidisciplinär smältdegel" bestående av två postdoktorer, tre doktorander och ytterligare 10 teammedlemmar (främst MSc/MEng-studenter och forskningsassistenter). Påtagligt, med tanke på den långsiktiga obalansen mellan könen inom telekomtekniska discipliner, har Tremblays grupp inkluderat fler kvinnor än män under de senaste fem åren - och hon erkänner att hon är "mycket stolt över att ha en så begåvad blandning av tillämpade vetenskapsmän och ingenjörer som arbetar i min team".

Utbilda nästa generation

Utöver sina breda forskningsintressen brinner Tremblay också för professionell utveckling och utbildning. I synnerhet har hon gjort mycket för att utbilda nästa generations kommunikationsingenjörer för att stödja installation, testning och underhåll av optiska höghastighetsnätverk – främst genom en långvarig koppling till Optical Societys flaggskepp Optisk fiber kommunikation (OFC) årskonferens.

Tremblay arbetade tillsammans med branschkollegor och var akademisk medinstruktör för två väl mottagna fortbildningskurser vid OFC: en om karakterisering av optisk fiber och testning i långdistans- och storstadsnätverk; den andra om polarisationsrelaterade mätningar i fibernät. "Det här var praktiska, praktiska workshops riktade till en blandad publik av forskarstudenter, ingenjörer i tidiga karriärer och seniora telekom- och fotonikpersoner från hela världen", förklarar hon.

Avgörande är att allt det optiska kitet som användes av deltagarna lånades ut gratis av olika test- och mätföretag, där Tremblay var tvungen att "hjula och dela" i förväg för att begära in tjänster från sådana som hennes tidigare arbetsgivare EXFO. Med tanke på utbildningens interaktiva karaktär, menar Tremblay att hon lärde sig lika mycket av delegaterna som de troligen tog av instruktörerna, och fick också långvariga kontakter. "Jag var väldigt glad och stolt över att få bidra till OFC:s professionella utvecklingsprogram", konstaterar hon. "Även om det var en icke-trivial overhead utöver mina ÉTS-forskningsaktiviteter, var det väldigt roligt och otroligt givande i samma mån."

Numera är Tremblay professor vid ÉTS elektroteknikavdelning samt grundande forskare och chef för institutets Nätverkstekniklab. Denna avancerade fiberoptiska testbädd, utvecklad med telekomutrustningstillverkaren Ciena under det senaste decenniet och mer, omfattar 2500 km av olika fibertyper som länkar samman en rad optiska höghastighetssystem. Vid sidan av Ciena finns hennes nuvarande FoU-partners Chalmers tekniska högskola i Sverige, den franska ingenjörsskolan Télécom SudParis och kanadensisk telekomtjänstleverantör TELUS.

Som sådant spänner Tremblays forskningsprogram över flera breda intresseområden. Den täcker till exempel "smarta optiska nätverk", där maskininlärning används för att förutsäga kvaliteten på överföringen i optiska fibersystem, såväl som prestandaövervakning av installerade nätverk (inklusive prediktiva metoder för nedbrytning och fel över flera fiberanläggningar distributioner för att informera om tekniska uppgraderingar). Tremblays grupp arbetar också med "filterlösa" optiska nätverksarkitekturer (baserade på billiga passiva optiska routing-teknologier) samt fotonisk enhetsmodellering och polarisationsmätningar för avkänningstillämpningar i telekomnätverk.

En annan ny möjlighet är kvantkommunikation. "Quantum är till stor del ambitiöst för oss just nu, även om vi redan pratar med relevanta experter i Kanada", säger Tremblay. Men om finansiering kommer, planerar hennes team att optimera prestandan för säker, långdistansdistribution av kvantnyckel över ett klassiskt optiskt nätverk med hjälp av konstruerad kvanttrasslad fotonisk teknik.

Bortsett från forskningsvägar, Tremblays nyckelbudskap för dagens fysiker i tidiga karriärer är detsamma som det var för 40 år sedan, tillbaka i den där mataffären i Quebec City. "Följ din instinkt och var nyfiken", avslutar hon. "Det är lika viktigt att vara alert så att när nya möjligheter dyker upp kan du dra nytta av dem."

Posten Använda fysik för att driva på fiberoptisk innovation visades först på Fysikvärlden.

• Myntsmart. Europas bästa bitcoin- och kryptobörs.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. FRI TILLGÅNG.
• CryptoHawk. Altcoin radar. Gratis provperiod.
• Källa: https://physicsworld.com/a/using-physics-to-fuel-fibre-optic-innovation/