Wallenberg Scholars

Optikforskning som ger snabbare internet

Fiberoptik är ett oslagbart sätt att överföra stora mängder information och har varit avgörande för framväxten av tv, mobiltelefoni och internet. Men kapaciteten riskerar att slå i taket när allt fler surfar på nätet och använder avancerade mobiltelefoner.

Formler på vit tavla

Peter Andrekson och hans medarbetare på Chalmers har gjort en upptäckt som kan öka nätets kapacitet.
 Som vanlig datoranvändare är man ofta kräsen och vill att allt ska gå snabbare. En sekunds väntan är numera en evighet. Och värre kan det bli om inte prestandan i världens fibernät förbättras.

Peter Andrekson, professor i fotonik och Wallenberg Scholar, står bakom rön som kan bli ett viktigt bidrag i den kampen. Forskargruppen har utvecklat en optisk förstärkare med rekordlågt brus. I traditionella erbiumdopade optiska förstärkare ligger brusfaktorn på 3 dB som bäst, men i den nya varianten har brusfaktorn minskat till 1 dB och kan teoretiskt sett bli 0 dB. 


– De vanliga förstärkarna kan förstärka en svag ljussignal till en hög nivå, men i processen lägger den till en mängd brus. Vår är den enda kända som i teorin kan utföra förstärkningen utan att addera brus överhuvudtaget, förklarar Peter Andrekson. 


Ljus har olika egenskaper som intensitet, frekvens, polarisation och fas. I det här fallet lyckades forskarna kontrollera fasen hos ljuset.

– Det är inget trolleri. Vi lyckas förstärka vissa faslägen, medan andra dämpas. Brusfaktorn blir noll och vi adderar inget brus. Priset man betalar är att i motsatta faslägen får man ingen förstärkning. 


Genombrottet gör det möjligt att överföra signalen i en optisk fiberlänk fyra gånger så långt, till exempel från 500 kilometer till 2000 kilometer. Nyheten publicerades i den vetenskapliga tidskriften Nature Photonics hösten 2011.

Krävs nya genombrott

Många som uppdaterar sin Facebookstatus eller ringer på sin smartphone tänker kanske inte på den omfattande teknik som finns bakom kulisserna. I världshaven ligger långa kablar av glasfiber utlagda, och i dem skickas med hjälp av laserljuspulser enorma mängder data i höga hastigheter. Fiberoptikens styrka är dess förmåga att kunna hålla samman ljusvågen samt en helt oslagbar transparens.


– Tekniken har nu funnits i omkring 40 år, men det var uppenbart väldigt tidigt att den utgör ett fantastiskt medel för kommunikation. Men vi får allt större utmaningar när det gäller att försöka öka kapaciteten. Hittills har vi lyckats möta behoven, men nu ser vi en tendens att det krävs nya stora genombrott för att kunna förbättra prestandan, säger Peter Andrekson.


I den transatlantiska kabeln sitter förstärkare var hundrade kilometer, annars skulle ljussignalerna dö ut i brus. Och även om man skulle använda all tänkbar tillgänglig teknik för att optimera fibern så når man ändå högst omkring 400 kilometer innan det krävs en förstärkning. Med de nya optiska förstärkarna kan man skicka signalerna mycket längre och genombrottet kan visa sig värdefullt på medellånga sträckor, eftersom den brusfria förstärkaren också kan bli användbar i en mottagare.

– Tittar man på en karta över jorden finns det många tillämpningar där det skulle vara intressant att öka fiberlänkarnas kapacitet till bara 600 eller 700 kilometer. Vi kan göra det billigare och enklare att förbinda städer, länder och kontinenter.

"Anslag från Wallenbergstiftelserna har alltid hög status och ett så stort och fritt anslag som detta är unikt i ett internationellt perspektiv.  Det är också ansvarsfullt, eftersom det under fem års tid ger mig möjlighet att arbeta med saker som jag inte hade vågat annars och som kan leda fram till forskningsgenombrott på längre sikt."

Blev forskare i Nobelprismiljö

Peter Andrekson började sin karriär som doktorand på Chalmers, men de viktigaste lärospånen gjorde han på legendariska Bell Labs i New Jersey, dit han kom 1989. Det var en innovationsrik och tävlingsinriktad miljö.


– Jag fick vara med under de gyllene dagarna med forskning till hundra procent och då det aldrig saknades pengar eller kompetens. Många Nobelpris kommer därifrån och jag minns när jag gick förbi ett oansenligt rum med en liten plakett utanför: "Här uppfanns transistorn".


Åren i USA resulterade i att Peter Andrekson kunde utveckla världens snabbaste oscilloskop, som också lade grunden till ett företag hemma i Göteborg. Firman är nu uppköpt av ett större kanadensiskt bolag, men han fortsätter som vd för det svenska dotterbolaget vid sidan av sitt arbete som forskare.


– Att lämna USA 2004 var ett svårt beslut, även om jag trivs mycket bra i Göteborg. Jag känner mig som en världsmedborgare, vilket nog också har mycket med mitt estniska ursprung att göra.

Användbart inom många områden

Utnämningen till Wallenberg Scholar gör det nu möjligt att bland annat fortsätta studierna av de optiska förstärkarna. Det finns fler tänkbara tillämpningar än inom telekommunikationer, som kanske till och med visar sig bli ännu viktigare.


– Konceptet är skalbart till andra våglängder som synligt eller infrarött ljus, vilket gör det intressant inom områden som mätteknik och spektroskopi, laserradarteknik och alla applikationer som går ut på att upptäcka mycket svaga nivåer av ljus, till exempel inom rymdkommunikation. Vi har många lösa idéer som vi gärna vill utveckla och se vad de kan leda till framöver, säger Peter Andrekson.

Text Nils Johan Tjärnlund
Bild Magnus Bergström