Karolina Stefańska z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki prowadzi zaawansowane badania z zakresu optyki nieliniowej w światłowodach. Niedawno otrzymała stypendium międzynarodowego stowarzyszenia SPIE, które docenia wkład młodych naukowców w rozwój optyki i fotoniki.

W programie stypendialnym wyróżniono 78 osób z całego świata, tylko trzy z Polski, w tym naszą doktorantkę z W11. Otrzymała ona 4 tys. USD, które może przeznaczyć na swój dalszy rozwój naukowy.

Karolina Stefańska jest absolwentką specjalności Inżynieria Optyczna i Fotoniczna na kierunku optyka, a obecnie kontynuuje naukę w Szkole Doktorskiej PWr.

Lepsza przepustowość sieci

– W moich badaniach skupiam się na temacie zjawisk nieliniowych w światłowodach wielomodowych. Świat nauki od zeszłej dekady intensywnie interesuje się tym zagadnieniem, bo wszystkim zależy na zwiększeniu przepustowości Internetu – wyjaśnia doktorantka z W11. Dodaje, że obecnie w sieciach telekomunikacyjnych transmisja jest oparta na światłowodach jednomodowych, które mają ograniczenie polegające na przesyłaniu sygnału tylko w jednym kanale przestrzennym.

– Rosnące zapotrzebowanie na szerokopasmową transmisję może spowodować już w ciągu najbliższych lat tzw. capacity crunch, czyli kryzys przepustowości. Sieć nie będzie w stanie realizować usługi o pożądanej prędkości przesyłu – tłumaczy Karolina Stefańska. –  Mogłoby się wydawać, że wystarczy zainstalować więcej światłowodów jednomodowych, jednak zwiększa to koszty oraz zużycie energii – dodaje.

Rozwiązaniem problemu mogą być światłowody wielomodowe, w których istnieje możliwość przesyłania jednocześnie niezależnych sygnałów w różnych kanałach przestrzennych. – Aby je wykorzystać, należy dokładnie zbadać, jak zachowują się w nich ultrakrótkie impulsy o wysokim natężeniu. I właśnie tym zajmuję się w mojej pracy doktorskiej – mówi Karolina Stefańska.

Podwójny doktorat

Od przyszłego roku akademickiego swoje badania będzie realizować w ramach podwójnego doktoratu Cotutelle, który umożliwi jej pobyt w zagranicznym ośrodku Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne na Université Bourgogne Franche-Comté w Dijon (Francja).

Nasza doktorantka współpracuje z francuskim uniwersytetem już od dawna. Pierwszy raz była tam podczas studiów magisterskich w ramach programu Erasmus+. Aktualnie również przebywa w Dijon, realizując pod opieką dra Karola Tarnowskiego z W11 oraz dra Bertranda Kiblera z ICB projekt badawczy, który potrwa do lipca.

– Optyką nieliniową w światłowodach zainteresowałam się podczas pracy inżynierskiej. Pod opieką dra Tadeusza Martynkiena badałam wtedy solitony optyczne w światłowodach mikrostrukturalnych – mówi studentka Szkoły Doktorskiej PWr.

Wyjaśnia, że optyka nieliniowa opisuje zachowania światła o tak dużej mocy, że zmienia ono właściwości ośrodka, w którym się porusza. Tego typu zjawiska możemy obserwować dzięki ultrakrótkim impulsom laserowym o wysokim natężeniu. W światłowodach występuje wiele różnych zjawisk nieliniowych, ponieważ mają bardzo mały przekrój i z tego powodu wiązka światła osiąga wysokie natężenia. – Średnica rdzenia światłowodu to zazwyczaj od kilku do kilkudziesięciu mikrometrów, dla porównania ludzki włos ma około 50 mikrometrów – tłumaczy doktorantka.

Podkreśla, że dokładne zbadanie tego, co tak naprawdę dzieje się w światłowodzie, jest niezwykle istotne z punktu widzenia telekomunikacji. – W transmisji sygnałów w sieciach WDM wykorzystuje się wiązki o wysokim natężeniu i brak kontroli nad procesami nieliniowymi może powodować powstawanie zakłóceń – tłumaczy.

Potwierdzić teorię

Jej aktualne badania, które realizuje w Dijon, dotyczą dokładnego zbadania procesu emisji stożkowej (ang. conical emission) w światłowodzie wielomodowym. Zjawisko to polega na różnym kącie rozchodzenia się poszczególnych kolorów w wyniku nieliniowego oddziaływania składowych impulsu. Od dawna jest ono obserwowane np. w szkłach, gazach czy nawet powietrzu.

– Ostatnio dzięki symulacjom numerycznym stwierdzono, że taki proces może również zachodzić w światłowodach wielomodowych. Chcę w sposób eksperymentalny potwierdzić wyniki opracowane przez naukowców z WPPT na Politechnice Wrocławskiej oraz z ICB na Uniwersytecie Burgundzkim, które zostały opublikowane w Journal of the Optical Society of America.

*** SPIE (spie.org) to międzynarodowe stowarzyszenie, które działa w obszarach optyki i fotoniki. Powstało w 1955 roku, od tego czasu wspiera rozwój technologii wykorzystujących światło. Od wielu lat realizuje program stypendialny SPIE Optics and Photonics Education Scholarships, skierowany do studentów. Organizacja nagradza osoby, które – choć są na początku kariery naukowej –  swoimi dotychczasowymi osiągnięciami pokazały, że mają szansę wywrzeć długofalowy wpływ na rozwój optyki i fotoniki.

Iwona Szajner