Fysikken bag vores informationssamfund (A)

Ved professor, ph.d. Karsten Rottwitt, DTU 

Vores måde at kommunikere på har ændret sig dramatisk gennem de seneste 20 år. Mobiltelefonen, computeren og internettet er blevet en så naturlig del af vores hverdag, at adgang til diverse tjenester betragtes som kritisk infrastruktur. En vigtig, måske den vigtigste, teknologiske udvikling, som ligger til grund for denne udvikling er anvendelsen af lys til kommunikation.

Denne udvikling, som for alvor tog fart i slutningen af det 20. århundrede, leder nu frem mod mange andre fænomenale anvendelser af lys for eksempel inden for overvågning af strømkabler til fremtidige energiøer, såvel som til monitorering af temperaturer i verdenshavene og indhentning af seismologiske data fra havbunden.

I forelæsningen introduceres nogle af de vigtigste teknologier som anvendes til optisk kommunikation såvel som til distribueret sensing. Fordelen ved at anvende lys er dels dets evne til at bære enorme mængder af information, men også at den optiske fiber kan transmittere lys med et ekstremt lille tab. Den optiske fiber består i sin simpleste form af to glasrør, det ene uden på det andet, og evnen til at transmittere lys baseres på simple fysiske principper. Det var dog først for ca. 50 år siden, at man fik minimeret tabet, så det blev realistisk at transmittere lys over hundredvis af kilometer. Der skulle imidlertid en ny landvinding til før anvendelse til optisk kommunikation tog virkelig fart. Denne var muligheden for at inkorporere sjældne jordarter i fibrene, mere præcist erbium, som har den egenskab at det kan forstærke lys og derved kompensere for det minimale tab, der stadig er i optiske fibre og dermed sende lys gennem tusindvis af kilometer. Med disse to landvindinger, den optiske fiber og den optiske forstærker, blev det således muligt at transmittere lys mellem lande i Europa og endda forbinde Europa med USA og resten af verdenen.

Inden for det seneste årti er det blevet ønskværdigt at kunne monitorere for eksempel temperaturerne i verdenshavene, såvel som tilstanden af kabler som fordeler strøm mellem lande men også bevægelse af skibe og andre maritime fartøjer. Udforskningen af hvorvidt man kan anvende de optiske fibre, som allerede benyttes til optisk kommunikation, er derfor yderst relevant, og ny forskning såvel som teknologiske fremskridt har vist, at man godt kan bruge de selvsamme optiske fibre til distribueret sensing. Mere præcist baseres målinger på fibrenes evne til for eksempel at reflektere lys ved en ikke lineær vekselvirkning med glassets atomer. I forelæsningen beskrives, hvorledes denne vekselvirkning kan anvendes til at måle for eksempel temperatur af den optiske fiber såvel som til at måle tyrk-påvirkninger, som var den optiske fiber en mikrofon.