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May 31, 2023

L'invenzione che ha permesso alla fibra ottica di estendersi in tutto il mondo

Molte grandi storie del 1985 hanno avuto il loro momento di gloria e ora sono quasi dimenticate: New Coke, "We Are the World", l'ascesa del desktop publishing. Ma un'invenzione all'epoca oscura

Molte grandi storie del 1985 hanno avuto il loro momento di gloria e ora sono quasi dimenticate: New Coke, "We Are the World", l'ascesa del desktop publishing. Ma un’invenzione allora oscura di quell’anno ha da tempo eclissato i titoli dei giornali dell’epoca, perché comprende una parte non piccola dell’infrastruttura di comunicazione che tiene insieme la moderna Internet. Nel 1985, l'allora studente laureato Robert Mears descrisse per primo l'amplificatore in fibra drogata con erbio (EDFA), un dispositivo che utilizza l'energia di un laser per amplificare i segnali che passano attraverso una fibra ottica modificata chimicamente. L'EDFA consente ai segnali ottici di coprire distanze transcontinentali senza la necessità di essere decodificati in bit elettronici. Consente inoltre agli operatori di telecomunicazioni di raggruppare terabit al secondo di segnali in singole fibre ottiche sottomarine. Senza di esso, le telecomunicazioni a lunga distanza sarebbero limitate e costose. Mears annunciò il risultato in un articolo del 1985 sull'Electronic Lettersjournal dell'IEEE. (Oggi Mears è CTO e fondatore della società Atomera che migliora le prestazioni del silicio.) In uno scambio con IEEE Spectrum, Mears ha discusso l'impatto del suo articolo del 1985 e come ha portato al suo lavoro attuale, un metodo per modificare chimicamente la crescita dei cristalli di silicio per migliorare la funzione e l'affidabilità del transistor.

IEEE Spectrum: Di cosa tratta questo articolo e perché pensi che sia stato così influente?

Roberto Mears : L'articolo descrive la prima dimostrazione del guadagno ottico in un amplificatore in fibra ottica drogato con erbio. Nell'articolo ho dimostrato che un'amplificazione ottica di 30 decibel era possibile all'allora nuova lunghezza d'onda delle telecomunicazioni di 1,5 micrometri con una potenza di pompa laser in ingresso pratica nell'ordine di pochi milliwatt. Oggi l'amplificatore è noto semplicemente come amplificatore in fibra drogata con erbio o EDFA.

“L’[amplificatore in fibra drogata con erbio] ha trasformato la trasmissione in fibra ottica, consentendo Internet a banda larga”.—Robert Mears, CTO Atomera

Prima dell’invenzione e della dimostrazione dell’EDFA, i cavi di telecomunicazione transatlantici funzionavano a 140 megabit al secondo e richiedevano ripetitori elettronici sottomarini – sistemi che convertivano i segnali ottici in segnali elettronici e viceversa – ogni poche decine di chilometri. Mantenendo il segnale ottico, è possibile amplificare contemporaneamente più portanti di lunghezza d'onda, aumentando la larghezza di banda di oltre tre ordini di grandezza. Inoltre i segnali rimangono ottici per distanze intercontinentali di migliaia di chilometri.

Robert Mears era uno studente laureato quando pubblicò l'articolo che sarebbe diventato uno standard globale per le comunicazioni della dorsale Internet. Atomera

L'EDFA è stato la chiave per l'Internet ottica e ha consentito l'amplificazione ottica pratica per reti di distribuzione ottica a breve distanza e commutatori di lunghezza d'onda.

Puoi descrivere i problemi importanti presenti sul campo nel momento in cui hai scritto questo articolo e cosa ti ha portato a concentrarti su questa ricerca specifica?

Mears: All'epoca, nel più ampio settore delle comunicazioni ottiche, vi era una spinta ad aumentare la distanza in cui un segnale ottico poteva essere trasmesso prima di richiedere un ripetitore elettronico. Passando alla trasmissione nel lontano infrarosso (l'attenuazione di fondo dovuta alle fluttuazioni di densità è molto inferiore a lunghezze d'onda maggiori) e utilizzando sofisticate tecniche di comunicazione coerente, si sperava di estendere la spaziatura dei ripetitori a circa 200 chilometri, consentendo ai ripetitori di essere basati sulla terraferma sulle isole piuttosto che sulle isole. che sottomarino.

Tale trasmissione sarebbe stata tuttavia soggetta alla limitazione dei ripetitori elettronici, probabilmente al massimo di pochi gigahertz.

Oggi, invece, grazie all'EDFA, il segnale rimane ottico su vaste distanze intercontinentali di migliaia di chilometri, e una singola fibra amplificata ha una larghezza di banda superiore a 1 terahertz.

All'epoca avevi idea dell'impatto che questo lavoro avrebbe avuto sulla tua comunità? Come è stato accolto inizialmente?