KM3Net - Historia Wszechświata w kwantach

Na przełomie maja i czerwca br. brałem udział w bardzo ciekawym eksperymencie w ramach projektu KM3Net. Grupa naukowców z Narodowego Instytutu Fizyki NIKHEF - jednego z partnerów tego olbrzymiego europejskiego projektu - pracuje nad optyczną siecią, która ma zostać usytuowana na dnie Morza Śródziemnego. Zadaniem tej instalacji ma być połączenie sensorów służących do detekcji neutrino pochodzących z przestrzeni kosmicznej i przesłanie danych na brzeg łączem optycznym o dużej przepustowości. Tam ma nastapić przetworzenie i analiza odebranych danych.

Dzięki tym danym, de facto pochodzącym z odległości liczonych w latach świetlnych, człowiek ma szansę zdobyć więcej wiedzy na temat powstania wszechświata.

Jaki ma to związek tematyczny z tym Blogiem? Już, proszę…

Z racji olbrzymiej ilości sensorów i kosztów z nimi związanych instalacja sieci światłowodowej powinna być zredukowana do minimum. Stąd trafny pomysł wykorzystania odbiciowego wzmacniacza półprzewodnikowego (RSOA), jako elementu zastępującego źródło laserowe przy każdym sensorze na dnie morza. Przydatność RSOA ajko podstawowego elemntu w architekturze ONU w sieciach dostępowych została już wielokrotnie udokumentowana w publikacjach dotyczących chociażby ekonomiki sieci dostępowych. Technologia ta pozwala na zainstalowanie wszystkich wymaganych źródeł na brzegu, przez co zmniejszenie ich liczebności i, co za tym dalej idzie, znaczną redukcję kosztów całej instalacji.

Doświadczenia, w których brałem udział dotyczyły nie tylko RSOA, ale również modulatora elektroabsorpcyjnego w kombinacji z optycznym cyrkulatorem i wzmacniaczem optycznym tworzącym dobrą alternatywę dla RSOA, które może nie podołać wysoko przepustowym wymaganiom projektowanej sieci. To samo dotyczy sieci dostępowych, w których przytoczona architektura w oparciu o EAM stanowi furtkę do sieci dostępowych nowej generacji (10G Ethernet i więcej).

Jak się jednak okazało, inny problem (dla niektórych nawet bardziej oczywisty niż fizyczne ograniczenia prędkości modulacji w RSOA) może być przyczyną, dla której wspaniałomyślne łącze… nie zadziała. Chodzi o rozpraszanie wsteczne, które przy dużych mocach transmitowanych przez łącza o długości kilkunastu kilometrów (i dłuższych) powoduje powstanie znaczącej fali wstecznej ograniczającej czułość odbiornika w jednoświatłowodowym łączu dwukierunkowym.

Cóż, koledzy po fachu z NIKHEF mają twardy orzech do zgryzienia w czasie wakacji. Mogą zredukować długośc łącza, co będzie oznaczać usytuowanie sensorów bliżej brzegu lub pomyśleć jak w inny sposób zredukować moc fali rozproszonej. Całe szczęście nie są osamotnieni - różni naukowcy z różnych instytutów z całego świata borykają się z tym problemem i… jakoś sobie radzą.