De informatiemaatschappij van de toekomst hangt van glasvezel aan elkaar. Geen wonder dus dat Lucent Technologies – het bedrijf dat zoveel werkt met licht of fotonen – in belangrijke mate gaat bepalen hoe de informatienetwerken van de toekomst eruit zullen zien. Fotonica speelt daarin een centrale rol.
De heilige graal van de fotonica, is het volledig optische netwerk waarin alle elektronische flessenhalzen zijn vervangen door supersnelle optische verbindingen, routers en interfaces. Daarbij wordt licht dus niet alleen gebruikt als drager van informatie, maar ook voor beeldverwerking.
Wie gaat straks deze markt domineren? Op de Noord-Amerikaanse markt botst Lucent Technologies vooral met bedrijven als Cisco en Nortel. Cisco heeft alleen al in de laatste zes maanden voor 9,5 miljard dollar aan bedrijven opgeslokt, die zich specialiseren in fotonica. Voorlopig heeft Lucent op dit gebied echter de beste papieren. Dat dankt het bedrijf van ceo Richard McGinn vooral aan zijn R&D-divisie in Murray-Hill, New Jersey: het vermaarde Bell Labs.
Bell Labs heeft sinds de oprichting in de jaren twintig ongekende mogelijkheden geboden voor de crème de la crème van de internationale wetenschap. Het lab was eigendom van AT&T, de telefoonmaatschappij die door haar monopolie op de Amerikaanse markt zwom in het geld. Aan fondsen was er bij Bell Labs dus geen gebrek. Veel wetenschappers konden jarenlang naar eigen inzicht onbelemmerd onderzoek doen naar de meest exotische onderwerpen. In Amerika spreekt men in zo’n geval van blue sky research: onderzoek dat tot in de blauwe hemel reikt. Niet minder dan elf onderzoekers van Bell Labs ontving en en Nobelprijzen.
Patenten
Een kleine greep uit de stroom van ontdekkingen en producten die uit Bell Labs kwam: radio-astronomie (1933), de eerste transistor (1947), de eerste communicatiesatelliet Telstar (1962), de computertaal C++ (1983), het Unix besturingssysteem (1969), plastic transistors (1998). Gemiddeld heeft het lab sinds de oprichting vier patenten per dag binnengehaald. Voor Lucent Technologies – dat bij de deling van AT&T in 1996 eigenaar werd van Bell Labs – zijn de meer dan tweeduizend patenten die Bell Labs heeft verkregen op het terrein van fotonica de belangrijkste. Lucent, de naam zegt het al, werkt immers met licht.
Glasvezel wordt al zo’n vijfentwintig jaar gebruikt om informatie over grote afstanden te verzenden met de snelheid van het licht. De kosten van het verzenden van data over een lange-afstand glasvezelnetwerk bedragen ongeveer 1 procent van wat dezelfde verzending zou kosten door een netwerk met elektronische circuits en halfgeleiders. Een probleem is echter dat een lichtsignaal over afstand vervaagt als gevolg van verstrooiing (dispersion). Daarom zijn op geregelde afstanden apparaten nodig die het signaal elektronisch versterken. Dat gebeurt door het lichtsignaal te vertalen in een elektronisch signaal dat vervolgens wordt versterkt en daarna weer terugvertaald naar een optisch signaal.
Bouwstenen
De vertaalslag optisch-elektronisch-optisch is een flessenhals die glasvezelnetwerken duurder en trager maakt en ook minder geschikt voor transmissies over korte afstanden. Het is de missie van Lucent – en dus vooral van Bell Labs – om zoveel mogelijk oude elektronica uit de glasvezelnetwerken te halen. Gerry Butters, president van Lucents Optical Networking Group, zegt hierover: "Optische golflengten zijn de bouwstenen van de toekomstige netwerken, en Lucent zal de eerste zijn die volledig optische netwerken mogelijk maakt." Het doel is dus volledig optisch netwerken te maken; niet alleen voor lange afstanden maar ook voor lokale netwerken. Nog verder in de toekomst ligt een volledig optische computer.
Voorlopig is Bell Labs het meest in het nieuws met het zetten van wereldrecords. Zoals men er bij IBM aardigheid in heeft om steeds meer bits op een vierkante centimeter op te slaan, zo is men bij Bell Labs druk in de weer om steeds meer bits per seconde door glasvezel te pompen. Iedereen in Bell Labs kent de Wet van Butters. Deze wet, geformuleerd door bovengenoemde Gerry Butters, luidt: "Zolang er steeds meer golflengten met verschillende kleuren licht door één glasvezel kunnen, en iedere golflengte steeds meer data kan transporteren, zal de capaciteit van glasvezel iedere negen maanden verdubbelen." Vergroting van de capaciteit wordt vooral bereikt door steeds meer verschillende golflengten (kleuren) geschikt te maken voor het verzenden van data.
Bell Labs doet er alles aan om te zorgen dat de Wet van Butters waar blijft. Op 10 november 1999 meldde het lab trots erin te zijn geslaagd om 160 gigabits per seconde aan data te verzenden op één golflengte over een 300 kilometer lange glasvezel. Wanneer men bedenkt dat wavelength division multiplexing het mogelijk maakt op zo’n honderd verschillende golflengten (verschillende kleuren licht) data kan verzenden, dan zal deze geavanceerde technologie van Lucent resulteren in de mogelijkheid om 100 x 160 gigabit te verzenden door één enkele glasvezel. Een complete glasvezelkabel die bestaat uit 144 vezels zou dan 144 x 100 x 160 gigabit per seconde kunnen versturen. Zo’n kabel kan tegelijkertijd meer dan een miljard telefoongesprekken verwerken maar is natuurlijk vooral geschikt voor meer complexe transmissies als videoconferentie.
Lambda Router
Nog spectaculairder dan het bovengenoemde glasvezelrecord was echter de onthulling in november 1999 van de door Bell Labs ontwikkelde Lambda Router. Het gaat hier om de eerste hoge-capaciteit, volledig optische router die volgens Lucent in staat is om in één seconde een hoeveelheid data te verwerken die gelijk is aan tien keer alle hedendaagse Internetverkeer. De kern van deze router is een groep van 256 micromechanische spiegeltjes van silicium die samen een oppervlak beslaan van ongeveer twee vierkante centimeter. Ieder spiegeltje, dat zo groot is als een speldenkop, kan kantelen, waardoor licht uit één (input)glasvezel doorgestuurd kan worden naar een andere. Ieder spiegeltje vangt en verstuurt het licht van één bepaalde golflengte. De vertaalslag optisch-elektronisch-optisch is nu overbodig. Deze router is daardoor veel sneller dan zijn elektronische broertjes en verbruikt bovendien veel minder energie.
De Lambda Router is voor Lucent weer een nieuwe stap in de richting van een volledig optisch netwerk. Maar hoe zit het nu met het Blue Sky Research bij Bell Labs? Is dat geheel afgeschaft? Nee, er is nog steeds een klein aantal onderzoekers verbonden aan Bell Labs dat onderzoek doet naar zaken die op het eerste gezicht niets met licht en communicatie uit te staan heeft. Zo doet Tony Tyson onderzoek naar één van de grote kosmische mysteries. Alle sterrenstelsels waarvan de wetenschap het bestaan kent, vertegenwoordigen slechts 10 procent van de totale massa in de kosmos. Waar is de rest? Volgens Dyson kan deze vermiste massa alleen waargenomen worden via het effect dat deze zwarte materie heeft op de manier waarop licht door de kosmos beweegt. Zei iemand "licht"? Dat is natuurlijk geen verrassing bij Bell Labs.
