Henk Wymeersch
Henk Wymeersch leder forskarlaget som vill kvantifiera och visa var de yttersta gränserna går för fiberoptisk kommunikation. ​

Forskar för att frigöra full fiberoptisk kapacitet

Hur kan de fiberoptiska länkarna, som internet är uppbyggt av, användas effektivare? Detta kommer en grupp forskare från Chalmers att undersöka i ett femårigt projekt. De siktar mot ett vetenskapligt forskningsgenombrott inom optisk kommunikation och har beviljats 30,7 miljoner kronor från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.​​​
Internet är uppbyggt av optiska länkar som är hundratusentals kilometerlånga, där enorma datamängder överförs jorden över. Behovet av datatrafik och bandbredd ökar ständigt och verkar närmast vara omättligt. Inte minst kommer nya användningsområden inom virtuell verklighet (virtual reality, VR), big data och sakernas internet (Internet of Things, IoT) att bidra till detta. Efterfrågan ökar men överföringskapaciteten i de optiska länkarna är begränsad. Fiberlänkarna är dessutom dyra och tidskrävande att installera och underhålla.

– Vi anser att de optiska fibrerna är kraftigt underutnyttjade idag, säger Henk Wymeersch, biträdande professor och ledare för forskarlaget. Vårt mål är att kvantifiera och visa var de yttersta gränserna går för fiberoptisk kommunikation. Vi kommer att ta oss an ett antal vetenskapliga frågeställningar, när det gäller allt från grundläggande teori och modellering till komponentdesign och integration.

Lösningen ligger i samordning
Det nuvarande överföringssystemet tar inte hänsyn till kopplingen mellan de fysiska dimensionerna i den optiska signalöverföringen, speciellt gäller det polarisation, utbredningsmönster och frekvens. Om data istället separeras i sina fysiska dimensioner under överföringen och skickas samordnat och beroende av varandra, skulle samma mängd data uppta mindre utrymme i fibern.

Henk Wymeersch beskriver detta genom en liknelse där bilar kör i flera parallella filer:

Om bilarna inte alls samordnas inbördes är det oundvikligt att trafikstockningar och olyckor inträffar, och det kommer i sin tur att sakta ner trafiken och fördröja bilisterna som vill nå fram till sin destination. På samma sätt är trafikflödet i de optiska fibrerna optimalt när den data som överförs är samordnad och anpassad till vad som samtidigt sänds i de andra fysiska dimensionerna.

– Det finns jämförelsevis lite forskning inom samordnad transmission över fiberoptiska länkar, säger Henk Wymeersch. Fokus har legat inom det icke-linjära forskningsområdet, men nyligen har flera tekniska framsteg skett, till exempel när det handlar om teorier för multimod-fibrer och optiska frekvenskammar, vilket gör det möjligt att nu ta forskningen vidare inom området linjär och samordnad transmission. 

Forskningsanslaget från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse kommer att användas för att få fram nödvändig utrustning för de experimentella delarna av projektet och för att utöka forskarteamet, som hittills består av sex Chalmersforskare, med ytterligare omkring sex forskare. Samarbete med industrin kommer också att spela en viktig roll i projektet.

Lägre kostnader och högre kapacitet
Det skulle innebära stora kostnadsbesparingar för samhället om de nuvarande fiberoptiska länkarna kan användas effektivare. Kunskapen som projektet resulterar i kan också komma till nytta inom andra användningsområden, exempelvis inom spektroskopi och överföring av bilder genom fiberoptik. Arbetet förväntas även få betydelse inom framtida kommunikationsnätverk såsom 5G, där trådlös och optisk teknologi går samman.​

– Att kvantifiera och demonstrera de yttersta gränserna för fiberoptisk kommunikation skulle innebära övergången till en ny epok inom området. Om vi lyckas med detta kommer våra vetenskapliga resultat att förändra hur dagens och morgondagens fiberoptiska kommunikationssystem används och byggs upp, avslutar Henk Wymeersch. 

Den hotande kapacitetsbristen på internet skulle därmed kunna avvärjas, eller åtminstone skjutas på framtiden. 

Text: Yvonne Jonsson
Foto: Johan Bodell

Om projektet
Titel: “Unlocking the full-dimensional fiber capacity”
Forskarteam:
Henk Wymeersch, biträdande professor på institutionen för Elektroteknik, Chalmers
Erik Agrell, professor på institutionen för Elektroteknik, Chalmers
Peter Andrekson, professor på institutionen för Mikroteknologi och Nanovetenskap, Chalmers
Magnus Karlsson​, professor på institutionen för Mikroteknologi och Nanovetenskap, Chalmers
Jochen Schröder, senior forskare på institutionen för Mikroteknologi och Nanovetenskap, Chalmers
Victor Torres Company, docent på institutionen för Mikroteknologi och Nanovetenskap, Chalmers
Beviljat anslag: 30,7 miljoner kronor under fem år

Mer om Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse

Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse är Sveriges största privata forskningsfinansiär. I oktober 2018 beviljade stiftelsen anslag till 22 lovande och spännande projekt i den internationella forskningsfronten som bedöms ha möjlighet att leda till framtida vetenskapliga genombrott. Anslagen på totalt 640 miljoner kronor går till forskningsprojekt inom medicin, teknik och naturvetenskap.


Publicerad: ti 02 okt 2018. Ändrad: to 04 okt 2018