De mogelijkheid om eenvoudig een boek, video of pdf van internet te downloaden is iets dat gemakkelijk als vanzelfsprekend wordt beschouwd. Stelt u zich eens voor hoeveel langer het zou duren om datzelfde bestand per post te ontvangen. Of het nu gaat om sociale media, het nieuws, tv-programma's, films of academische papers, internet kan u er vrijwel onmiddellijk toegang toe geven. Het is een revolutie in onze informatie-economie die de moderne wereld echt heeft getransformeerd.

Het verhaal van telecommunicatie begint aan het einde van de jaren 1850, toen een 3000 km lange koperen kabel werd gelegd tussen Groot-Brittannië en de VS, waardoor koningin Victoria het eerste transcontinentale telegram kon verzenden. Het bericht, gericht aan de Amerikaanse president James Buchanan, duurde meer dan 17 uur om te verzenden, maar bevatte slechts 98 woorden - minder dan 500 bytes aan informatie. Met de huidige telecommunicatienetwerken daarentegen kunnen we binnen enkele seconden gigabytes aan gegevens over oceanen verzenden, meestal dankzij glasvezeltechnologie.

Om een ​​bericht door een glasvezelkabel te sturen, moet het eerst worden omgezet in een optisch signaal, zoals pulsen of lichtflitsen, voordat het zo efficiënt mogelijk langs de glasvezel wordt afgevuurd. Het signaal moet dan worden gedetecteerd en weer worden vertaald in gegevensvorm. Het is een meertrapsproces dat geavanceerde technologie vereist die gedeeltelijk is ontwikkeld en geïmplementeerd door de baanbrekende natuurkundige Michael Robertson, die net zijn laserbril heeft opgehangen na bijna 43 jaar in glasvezelcommunicatie.

Robertson bracht zijn carrière door bij de toonaangevende fotonica-onderzoeksfaciliteit op Martlesham Heath in Ipswich. Een bedrijfslaboratorium dat aanvankelijk bekend stond als het Post Office Research Station, heeft in de loop der jaren veel verschillende eigenaren gehad en heet nu Adastraal Park. Hier ontwikkelde Robertson technologie die de snelheid waarmee gegevens via glasvezelcommunicatiekabels konden worden overgedragen enorm verhoogde. Het werk van Robertson en zijn team heeft de basis gelegd voor een groot deel van de internetinfrastructuur waarop we tegenwoordig vertrouwen – zelfs de backbones van de pandemie, Zoom en Skype, maken gebruik van de technologie die ze hebben ontwikkeld.

Natuurlijk heb je de elektronica nodig om steeds sneller te werken, maar het is dezelfde [optische] vezel... dat is wat we hebben bereikt, veel hogere datasnelheden over dezelfde vezel.”

Robertsons onderzoek concentreerde zich op de lasers die werden gebruikt om optische signalen door de kabels te verzenden, en de detectoren die werden gebruikt om ze te ontvangen. "We begonnen met ongeveer 8 megabit [per seconde] in de vroege jaren 80 en nu zitten we op 25 gigabit", zegt hij. Dit aantal stijgt zelfs nog meer wanneer de systemen aan elkaar worden "gemultiplext", waardoor het effectief mogelijk wordt om meerdere signalen tegelijkertijd in één optische kabel te verzenden. "Als je het multiplext, hebben we het over 100 gigabit of zelfs meer, wat een enorme toename oplevert met heel weinig nadelen." Het werk betekent dat er minimale extra infrastructuur nodig was om meer dan 10,000 keer zoveel gegevens te verzenden als in de jaren tachtig mogelijk was.

"Natuurlijk heb je de elektronica nodig om steeds sneller te werken, maar het is dezelfde [optische] vezel", zegt Robertson. "Dus dat is wat we hebben bereikt, veel hogere datasnelheden over dezelfde glasvezel." Het betekent dat een filmclip die in de jaren tachtig meer dan een uur nodig zou hebben gehad om te downloaden, nu in minder dan een seconde kan worden geopend, ook al wordt het signaal nog steeds via dezelfde optische vezels verzonden.

Een polymath van fotonenwetenschap

Robertson begon zijn reis als natuurkundige bij de Universiteit van St. Andrews, waar hij in 1976 afstudeerde, voordat hij naar Durham University een doctoraat doen in zonnecellen met cadmiumsulfide. “Ik wilde iets nuttigs doen”, zegt hij, “ik dacht dat zonne-energie belangrijk was voor de toekomst. Nadat [mijn doctoraat] was afgerond, wilde ik iets nuttigs blijven doen.” Robertson verliet Durham in 1979 toen, zo merkt hij op, "optische telecommunicatie net een vlucht nam".

Hij nam een ​​baan aan bij het Post Office Research Station, maar dat werd al snel overgenomen door British Telecom (BT), worden BT Onderzoekslaboratoria (BT-Labs). Hier werkte hij als experimenteel natuurkundige aan halfgeleiderlasers en fotodiodes, sleutelcomponenten in optische communicatienetwerken. Robertson was een snelle leerling en consolideerde de vaste-stoffysica die hij tijdens zijn doctoraat had verworven met tal van andere vaardigheden.

“Ik deed veel verschillende dingen in opto-elektronica: ik deed epitaxie; ik deed modellenwerk; en ik werkte in laserbetrouwbaarheid. Dat was waar ik begon”, zegt Robertson, eraan toevoegend dat laserbetrouwbaarheid “het grote probleem was in de begintijd”. Laserapparaten op basis van halfgeleiders werkten met hoge stroomdichtheden, wat betekende dat er veel elektrische stroom door een klein gebied moest stromen, waardoor ze snel faalden. 'Ze gingen een dag mee', herinnert hij zich, 'en we moesten eraan werken om ze tot 25 jaar mee te laten gaan. Dit is het soort leven dat ze nu kunnen doen. Dit is ook het soort levensduur dat deze diodes nodig hebben voor betrouwbare prestaties in optische communicatienetwerken.

Rond 1989 nam Robertson zijn expertise mee naar een klein laboratorium op ongeveer een kilometer afstand van Martlesham Heath, bekend als BT&D, dat BT had opgezet met de Amerikaanse bedrijfsgigant DuPont. Hij noemt zichzelf "de technische man die verantwoordelijk is voor detectorprojecten", een ingetogen beschrijving die de invloed van zijn werk in vastestoffysica bij BT&D verloochent. Het was daar dat Robertson en zijn team voor het eerst een techniek implementeerden die bekend staat als metalorganic vapour-phase epitaxy (MOVP) voor het laten groeien van bepaalde soorten halfgeleiderkristallen met meerdere lagen. Deze halfgeleiders worden gebruikt in veel van de essentiële componenten van glasvezelcommunicatiesystemen, waaronder modulatoren, detectoren en lasers.

De MOVP-groeitechniek is oorspronkelijk ontwikkeld door Rodney Moss, een wetenschapper die ook al vele jaren bij BT werkt. Het maakte, in de woorden van Robertson, "een dramatische verandering" mogelijk in het landschap van optische communicatie. Vóór Robertsons werk aan MOVP bij BT&D konden halfgeleiders alleen in kleine stukjes worden gekweekt met een slechte betrouwbaarheid. Dit beperkte hun gebruik, met name bij het detecteren van kleine signalen aan het einde van telecommunicatienetwerken. Maar met MOVP kon Robertson veel grotere halfgeleiderkristallen laten groeien. Deze waren zeer betrouwbaar en, belangrijker nog, maakten ook snelle optische detectoren mogelijk die signalen konden oppikken die sneller moduleerden, waardoor de snelheid waarmee gegevens konden worden verzameld, toenam.

Stabiliteit in een steeds veranderend landschap

Na een jaar bij BT&D verhuisde Robertson terug naar de laboratoria van BT op Martlesham Heath, en in 1993 wonnen hij en zijn team bij zowel BT als BT&D de Queen's Award for Technology (nu onderdeel van de King's Awards voor Enterprise) voor hun werk aan opto-elektronische materialen en apparaten. Maar toen, in 2000, tijdens de 'dot com'-boom, verkocht het bedrijf de faciliteit waar Robertson werkte aan de Amerikaanse optische-communicatiegigant Corning. Toen de dotcom-bubbel begin jaren 2000 uiteenspatte, trok Corning zich terug uit Martlesham Heath en liet een groot deel van de infrastructuur en apparatuur van het lab achter. De site werd overgenomen door de East of England Development Agency, van waaruit Robertson en zijn toenmalige baas David Smith in 2003 een start-up vormden, het Centre for Integrated Photonics (CIP). Het centrum bestond tot 2012, toen de regering trok de stekker uit ontwikkelingsbureaus en CIP werd verkocht aan het Chinese technologiebedrijf Huawei, in wiens eigendom het vandaag blijft.

De steeds veranderende aard van het lab, en de carrière van Robertson daarin, is een symbool van het veranderende gezicht van de telecommunicatie-industrie in het VK. Elk bedrijf had zijn eigen kenmerken, strategieën en nadelen. "Tijdens de BT-dagen hadden we de meeste vrijheid", blikt hij terug, terwijl hij BT beschouwt als een wereldberoemde onderneming die in veel opzichten baanbrekend was. Huawei daarentegen heeft het lab de duidelijkste commerciële focus gegeven. “We zijn dichter bij het scherpe einde in Huawei. Ze willen iets dat we ervan kunnen verkopen.

Sommige politici en commentatoren hebben vraagtekens gezet bij de betrokkenheid van Huawei op zo'n spraakmakend gebied, waarbij de Britse regering in 2020 haar bezorgdheid over de veiligheid tegen het bedrijf heeft geuit. De regering heeft gezegd dat ze wil dat Huawei tegen 5 uit de Britse 2027G-netwerken wordt verwijderd en heeft ook adviseerde glasvezelbedrijven om afstand te nemen van Huawei-apparatuur. Maar wanneer hem wordt gevraagd naar de kritiek op Huawei, lijkt Robertson relatief optimistisch. “Wat de beveiligingskwesties betreft waarover u in de pers leest, [bij Martlesham Heath] staan ​​we daar volledig los van. De dingen die we doen zijn materiaalonderzoek, dus het heeft geen achterdeurtjes; we kunnen gewoon doorgaan met het zijn van natuurkundigen en materiaalwetenschappers, waar ik blij mee ben. Huawei doet er alles aan om ervoor te zorgen dat het niets doet wat het niet zou moeten doen.”

Het streven naar betere wetenschap en technologie – ongeacht een veranderende werkomgeving – is altijd een grote drijfveer geweest voor Robertson, en het werken in een bedrijf beviel hem goed.

Terwijl veel natuurkundigen genieten van de intellectuele vrijheid van academische onderzoeksomgevingen, zegt Robertson dat hij nooit werd tegengehouden door in de industrie te werken, waar ze toegang hadden tot meer financiering en betere apparatuur. Er was, voegt hij eraan toe, "meer focus op een uitkomst", terwijl je op universiteiten meer flexibiliteit had.

Meer academische mensen willen misschien hun theorieën nastreven in plaats van beperkt te worden, maar zo ben ik nooit geweest. Ik ben altijd blij geweest om iets te maken en te kijken of het werkt.

"Ik was blij om met de stroom mee te gaan", zegt hij. 'Meer academische mensen willen misschien hun theorieën nastreven in plaats van beperkt te worden, maar zo ben ik nooit geweest. Ik ben altijd blij geweest om iets te maken en te kijken of het werkt.” Robertson denkt dat er "een heel bepaald type karakter" voor nodig is om hun leven aan een bepaald smal gebied te wijden, maar voegt eraan toe dat hij "gezegend is dat hij aan al deze verschillende dingen kan werken".

gemiste kansen

Is er in zo'n lange carrière iets dat Robertson zou hebben veranderd? Hij wijst niet op de individuele bijdragen van zijn team, maar eerder op het falen van BT en de Britse regering om te investeren in fiber-to-the-home (FTTH of FTTP)-technologie. FTTH is de infrastructuur om glasvezelkabels rechtstreeks naar woningen, woongebouwen of kantoren te brengen, om huurders en werknemers hoge internetsnelheden te bieden.

"Het VK loopt mijlenver achter op de rest van de wereld wat betreft de uitrol van glasvezel", zegt hij. Dit betekent dat de toegang tot supersnel internet in het VK achterblijft in vergelijking met andere landen. Robertson wijt dit aan het gebrek aan vroege investeringen door BT.

"Bijna 20 jaar geleden was ik betrokken bij het stimuleren van FTTH vanuit een technisch perspectief, maar het is echt de financiële persoon die je moet overtuigen", zegt hij. De regering, legt hij uit, was in gesprek met BT over het uitrollen van FTTH, maar ze waren ook bezorgd over de vorming van een monopolie in de telecommunicatie-industrie, en aarzelden dus om de "enorme kosten" van FTTH aan BT te besteden - hoewel Robertson meent dat het om een ​​relatief bescheiden bedrag van slechts enkele miljarden ponden zou gaan. Tegelijkertijd was BT niet bereid om in de technologie zelf te investeren, omdat het bang was dat de overheid het bedrijf zou dwingen zijn glasvezelnetwerk open te stellen voor concurrentie. Er vormde zich een impasse en de kans om een ​​FTTH-netwerk in het VK te bouwen ging verloren.

Robertson is echter van mening dat investeringen het Britse FTTH-netwerk nog steeds kunnen helpen. "Het is teleurstellend, maar [FTTH] wordt nu uitgerold, dus dat is goed", zegt hij. “In 2019 stond het VK eigenlijk onderaan de lijst in Europa voor glasvezel tot in huis. We zijn nu 36e. '

Laatste reflecties

Terugkijkend op een carrière die zich uitstrekte over optica, elektronica, lasers, modellering en informatiewetenschap, heeft Robertson met veel plezier in vele natuurkundige disciplines gewerkt, waarbij hij zichzelf beschrijft als "meer een generalist" dan iemand die zich aan één specifieke discipline houdt. Die diverse ervaring zorgde er uiteindelijk voor dat hij Research and Collaboration Manager bij Huawei werd, waar hij de banden beheerde tussen het bedrijf en andere academische en zakelijke onderzoeksinstituten in Groot-Brittannië en de rest van Europa. Nu, op 66-jarige leeftijd, is Robertson officieel met pensioen, maar zoals veel natuurkundigen houdt hij nog steeds een paar dagen per maand een teen tussen de deur bij Huawei.

"Ik beschouw mijn carrière niet als iets spectaculairs", zegt Robertson, die resoluut nuchter blijft over zijn enorme bijdragen aan optische communicatie. En als hem wordt gevraagd of zijn familie ooit grapjes maakt dat hij de reden is waarom de tv werkt of waarom video's zo snel kunnen worden gedownload, lacht hij zichzelf minachtend en zegt hij "af en toe". Zijn collega's daarentegen zijn openhartiger over zijn impact op het gebied van optische communicatie.

Hij zal te bescheiden zijn om het te zeggen, maar zijn werk heeft iedereen in het VK met een internetverbinding geholpen

Michael Hill-King, samenwerkingsdirecteur, Huawei UK

"Michael's carrière bij Martlesham Heath is een reis door de ontwikkeling van de opto-elektronica-industrie", zegt Michael Hill-King, samenwerkingsdirecteur bij Huawei UK. "Hij zal te bescheiden zijn om het te zeggen, maar zijn werk heeft iedereen in het VK met een internetverbinding geholpen." Het is een mening die wordt herhaald door Henk Koopmans, Chief Executive van onderzoek en ontwikkeling van Huawei UK: "Michael zou erg trots moeten zijn op de belangrijke bijdrage die hij heeft geleverd aan de ontwikkeling van fotonica in het VK."

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/michael-robertson-pioneer-of-optical-communications-disconnects-from-the-network/