Forskningsområdet som engagerar Peter Andrekson handlar om kommunikation med ljus som informationsbärare. Som professor i fotonik vid Chalmers har han skapat en ledande forskningsgrupp inom optisk fiberkommunikation. Genom åren har forskarna utvecklat nya tekniker för att fånga in signaler över både korta och oerhört långa distanser, med extrem hastighet och precision.

Nu arbetar gruppen för att förfina tekniken, och riva hindren, i utvecklingen av vår tids kommunikationssystem.

– Fiberoptiska nätverk finns överallt och är en bas för snabb, långväga kommunikation. De är grundläggande för mobiltelefoni, de är internets ryggrad, de finns i våra vägguttag och i datacenter. Men när information färdas över långa avstånd minskar effekten efter hand, och signalerna försvagas. Därför krävs optiska förstärkare för att förbättra dataöverföringen i systemen, säger Peter Andrekson.

Intressant för rymdkommunikation

Optiska förstärkare är nyckelkomponenter inom många applikationer och forskningsområden.   Problemet är att förstärkarna skapar ett störande optiskt brus som försämrar informationskvaliteten. Peter Andreksons forskargrupp har arbetat med en lösning, genom att utveckla en brusfri, optisk förstärkare som ger felfri dataöverföring även när effekten hos signalen är betydligt lägre.

Den här faskänsliga förstärkaren gör det möjligt att fånga in svagare signaler utan att de drunknar i brus.

Tekniken bygger på andra principer än traditionella optiska förstärkare, och utnyttjar en icke-linjär process som påverkar ljusets fas. Kortfattat innebär det att två olika våglängder av ljuset samspelar för att förstärka signalen, utan att lägga till något extra brus.

– Den här faskänsliga förstärkaren gör det möjligt att fånga in svagare signaler utan att de drunknar i brus, sända omfattande datamängder över längre sträckor i mycket hög takt, och minska den effekt som krävs för att sända, säger han.

I drygt tio år har forskargruppen utvecklat och förbättrat förstärkaren, med fokus på att vässa kapaciteten i fiberoptiska system. De senaste åren har gruppen också vidareutvecklat tekniken för att fungera i fri rymd. Nyckeln är en förenklad sändare i kombination med en rekordkänslig mottagare, som på sikt kan användas i kommunikationslänkar mellan rymden och jorden.

– Vi har lyckats reducera komplexiteten i sändaren, samtidigt som mottagaren är mer avancerad. Det gör systemet särskilt intressant för rymdkommunikation, säger han.

Chip – en smidig lösning

Ett stort framsteg är också en ny materialplattform för tillverkningen av förstärkarna, kiselnitrid. Den gör det möjligt att minska systemets storlek genom en smidig lösning: de hundratals meter optisk fiber som förstärkare tidigare krävde, ersätts i stället med ett par centimeter stort chip.

– Med plattformen kan vi tillverka chipet med låga förluster, och skapa optisk förstärkning vid många våglängder över ett mycket brett spektrum. Den kompakta lösningen ökar förstärkarens prestanda och gör den betydligt mer mobil. Dessutom kan den användas i rumstemperatur, och behöver inte komplexa kylsystem för att fungera. Allt detta är avgörande för tillämpningar i rymden, exempelvis för laserbaserad kommunikation till och från Mars, säger han.

Utöver rymdkommunikation öppnar den nya plattformen för ytterligare tillämpningar av systemet, som forskargruppen ska granska.

– Plattformen kan ersätta många av dagens förstärkare, i tillämpningar där man behöver hantera signaler utan att de drunknar i brus. Ett exempel är inom kvantteknologi, där det är viktigt att reducera störningar för att kunna lösa ut kvantinformation från kvantdatorer, säger han.

Mäta supersnabba förlopp

Peter Andrekson nämner också att den ökade bandbredden banar väg för effektivare telekommunikation. Dessutom är plattformsmaterialet, kiselnitrid, transparent för synliga våglängder, vilket ger stora fördelar inom mikroskopi och spektroskopi.

– Vi ser synergier på flera områden där det gäller att få bort oönskat brus. Men vi vill också titta på tillämpningar som går bortom att använda systemet för förstärkning. Chipet kan fungera som en ultrasnabb switch eftersom det kan slås på och av mycket hastigt. Därför kan det hantera och mäta mycket snabba förlopp, vilket är en fördel i utvecklingen av olika mätinstrument. Ett exempel är detaljerade studier av olika optiska förlopp, med mycket hög tidsupplösning, säger han.

Inom fem år hoppas Peter Andrekson ha tagit viktiga kliv mot praktisk tillämpning.

– Vi kommer stärka banden med potentiella samarbetspartners och arbeta för att systemet kan användas stabilt över tid. I slutändan är min stora önskan att systemet får bärighet och gör verklig, praktisk nytta, säger han.

Yrket som forskare lockar Peter Andrekson av många skäl. Ett av dem är friheten i att kunna undersöka det som känns spännande. Ett annat är att få jobba tillsammans med unga, smarta forskare i början av sin forskningskarriär.

– När saker börjar falla på plats i labbet och man släpper allt och stannar till midnatt… det är en häftig känsla. Visst kan forskning ofta innebära hårt arbete. Men samtidigt är det ett jobb som ger väldigt mycket tillbaka, säger han.

Text Ulrika Ernström
Bild Johan Wingborg