/Voorpagina /Nieuws /Mensen /Achtergrond /Academie /Onderzoek /Opinie /Reportage /Bestuur /Cultuur /Studentenleven /Ruis /Harmpje /Colofon

/Vacatures /Mensa /Oude cursors /pdf formaat /Faculteits Berichten /Zoeken /TUE

jaargang 42, 18 november 1999 Onderzoek

Met legostenen bouwen aan snelle optische communicatie Glasvezel/Gertjan Harberink Door de explosieve groei van datacommunicatie neemt de druk op de communicatienetwerken toe. De netwerken naderen hun maximale capaciteit. Er zijn manieren om dit op te lossen zonder nieuwe, dure glasvezelkabels in de grond te hoeven stoppen. Promovendus drs. Bas Dorren droeg bij aan het oplossen van een deel van het probleem; hij ontwierp een nieuw materiaal waarmee schakelaars gemaakt kunnen worden die de data sneller door een glasvezelnet rangeren. Om optimaal van het Internet gebruik te kunnen maken, bijvoorbeeld om televisieprogramma’s te volgen of muziek te downloaden, is veel bandbreedte vereist. Hoe meer data per seconde de computer ingeseind worden, hoe beter. Het grootste deel van deze data wordt door de grond getransporteerd. In Nederland liggen vele duizenden kilometers televisie-, telefoon-, en glasvezelkabel die elk huishouden en elk bedrijf met elkaar verbinden. Omdat de hoeveelheid verstuurde data almaar toeneemt, naderen we langzaam maar zeker de maximum capaciteit van het bestaande netwerk. Nu zou je heel Nederland nog dichter kunnen bekabelen, maar je zou ook kunnen proberen om méér informatie door de bestaande kabels te jagen, bijvoorbeeld door elke informatiestroom in een glasvezelkabel zijn eigen kleurtje te geven. Digitale data is informatie die uit enen en nullen bestaat. Glasvezel is bij uitstek geschikt om digitale data te verzenden omdat het heel makkelijk is om een lichtbundeltje door de kabel te sturen. Licht aan is een 1, licht uit is een 0. Als je maar snel genoeg knippert, kunnen er forse hoeveelheden data door de kabel gestuurd worden. In de huidige glasvezelkabels wordt echter maar één kleur gebruikt. Wanneer je nu verschillende kleuren licht gebruikt, kun je de hoeveelheid te versturen gegevens enorm verhogen. De kleuren mengen namelijk niet en door dezelfde glasvezelkabel kunnen opeens vier of nog meer datastromen in plaats van één. Drs. Bas Dorren ontwierp een quantumputmateriaal dat kan dienen als basismateriaal voor optische schakelaars. Dit soort schakelaars vormen een belangrijke bouwsteen voor optische telecommunicatie-netwerken. Foto: Bram Saeys. Knooppunten Om te zorgen dat deze kleuren licht allemaal op de juiste plaats aankomen, moeten de bundels op knooppunten van het netwerk de goede richting ingestuurd worden. Die knooppunten werken als de wissels van een spoorwegennet. Vooralsnog gaat dat op een relatief trage manier. De informatie van het lichtbundeltje wordt omgezet in een elektrisch signaal. Dat signaal wordt vervolgens in de goede richting doorgeschakeld en weer omgezet in een lichtbundeltje. Het zou veel sneller gaan als het lichtbundeltje intact blijft. In de toekomst zullen netwerken volledig optisch werken. De benodigde elektronica, zogenoemde opto-elektronica, is nog volop in ontwikkeling. Aan de TUE wordt binnen het onderzoeksinstituut COBRA onderzoek gedaan naar opto-elektronica. Bij dit instituut deed promovendus Bas Dorren de afgelopen jaren onderzoek naar een materiaal dat gebruikt kan worden voor het bouwen van een opto-elektronische chip. Zijn werk maakt deel uit van een groter project waaraan behalve de TUE ook de universiteiten van Delft en Twente en een aantal bedrijven deelnemen. Het doel van dat project is een optische crossconnector op één chip te maken. Zo’n crossconnector verbindt een aantal glasvezelkabels met elkaar en schakelt probleemloos lichtbundeltjes met informatie van de ene kabel door naar de andere. Om zo’n chip te kunnen maken zijn verschillende bouwstenen nodig die het licht scheiden, schakelen en combineren. Een deel van van deze ‘mini apparaatjes’, zoals promovendus Dorren ze noemt, zijn de optische schakelaars die het licht in de juiste richting doorschakelen. Dorren studeerde Experimentele Natuurkunde in Utrecht. Vervolgens ging hij zich bezighouden met Opto-elektronica. “Fundamenteel natuurkundig onderzoek was te theoretisch. Dit onderwerp was bij uitstek geschikt om mijn kennis van de fundamentele natuur-kunde toe te passen in een werkend iets”, aldus Dorren. Ingewikkeld Het vinden van het juiste materiaal voor de schakelaars was niet makkelijk. “Voor de schakelaars heb je heel specifiek materiaal nodig dat aan strikte eisen moet voldoen”, vertelt Dorren. “Zo moet een optische schakelaar een goede aan-uit verhouding hebben. Wanneer een signaal naar uitgang 1 geschakeld wordt, moet er zo weinig mogelijk licht in uitgang 2 terechtkomen. Verder moet zo’n schakelaar klein zijn en moet het licht zo min mogelijk worden gedempt. Toen ik het lijstje met eisen kreeg, snapte ik in eerste instantie niet wat er gevraagd werd”, lacht de promovendus. “Het was zó ingewikkeld.” Dorren:“Ik ben maar gewoon begonnen. Aan de hand van een plaatje in een wetenschappelijk tijdschrift hebben ik een schakelaar gebouwd. Die deed natuurlijk nog maar gedeeltelijk wat we wilden.” Dorren ontwierp quantumputmateriaal, extreem dunne laagjes Indium Gallium Arsenide op een ondergrond van Indium Fosfide waar hij op atoom-niveau aan sleutelde om de optische eigenschappen te veranderen. “De optische werking van het materiaal is te vergelijken met een soort lens waar je de sterkte van kunt variëren door er een electrische spanning op te zetten”, legt Dorren uit. Hij veranderde steeds een procentje aan het atoomlaagje om te kijken wat voor invloed het had op de eigenschappen van het materiaal. Zo verbeterde hij de schakelaar. Om het materiaal waarvan de laagjes ongeveer driemiljoenste milimeter dik zijn vervolgens daadwerkelijk in een schakelaar te gebruiken, moet het atoomlaagje laagje voor laagje worden opgebouwd, zodat het uitgroeit tot een schijfje van ongeveer 0,7 milimeter dik met een doorsnede van 5 centimeter. “Het werkt als een legoplaat waar je met legoblokjes op kunt bouwen. Omdat je werkt met blokjes die allemaal even groot zijn, kun je heel nauwkeurig bouwen. Je maakt een materiaal met heel eigen eigenschappen”, zegt Dorren. “Het werd echter al snel duidelijk dat we een model nodig hadden waarmee we op basis van die dunne atoomlaagjes konden uitrekenen hoe de schakelaar zou functioneren. Diep Het was geen makkelijke zoektocht. “Het is vreselijk moeilijk om te begrijpen hoe je een atomaire structuur kunt vertalen in schakeleigenschappen. Het lijkt bijna niet te begrijpen.” Dorren liet zich niet verslaan en zette zijn zoektocht stug door. “Ik gooi niet zo snel de handdoek in de ring. Ik ben dyslectisch en heb daar op de middelbare school veel problemen mee gehad. Daar heb ik me doorheen moeten vechten en misschien verklaart dat deels mijn vasthoudendheid. Promoveren is volhouden en vooral niet in paniek raken. Pas het laatste half jaar kreeg ik het echt door. Op dat moment kreeg ik het gevoel dat ik de stof beheerste. Ik had het zo goed door dat ik opeens zag hoe je het materiaal op een simpele manier kon optimaliseren. Ik zag opeens dat ik ruim drie jaar naar iets heel moeilijks had gezocht terwijl de winst in het eenvoudige lag. Op dat moment kun je gaan spelen met de stof. Ik kan me goed voorstellen dat je twintig jaar van je leven bezig kan zijn met onderzoek. Ik vind het na al die jaren nog steeds vreselijk interessant, het spreekt me aan omdat het behoorlijk diep gaat.” Dorren slaagde er met behulp van zijn model in om een materiaal te ontwikkelen dat uitstekend geschikt is voor de productie van optische schakelaars. Aan vrijwel alle eisen is voldaan. Hetzelfde model kan, in iets gewijzigde vorm, overigens net zo makkelijk gebruikt worden voor het rekenen aan toepassingen voor lasers en fotodiodes of andere modulatoren. “Ik ben beretrots. Echt waar”, zegt Dorren.” Toch heeft hij niet gekozen voor een carrière in de wetenschap. “Ik werk nu bij Alcatel waar ik problemen moet oplossen die bij het productieproces van chips ontstaan.” Hoe lang het vervolgens nog zal duren voordat zijn werk terug te vinden is in telecomnetwerken, durft Dorren niet te zeggen. Zo ver is het nog lang niet. Dat duurt nog zeker vijf tot tien jaar. Er zijn nog zoveel problemen die overwonnen moeten worden.” Zelf houdt hij zich er niet meer mee bezig, dat laat hij over aan de AIO die zijn onderzoek voortzet./. /.