ČeskyEnglish

Bezdrátová a vláknová optika

Katedra elektromagnetického pole
Technická 2
166 27 Praha 6
Tel.: 224 352 280, Fax: 233 339 958
http://optics.elmag.org/
 

Kdo jsme?

Stanislav Zvánovec
Koordinuje aktivity týmu v oblasti vláknové a bezdrátové optiky i s přesahem do submilimetrové oblasti a terahertzové spektroskopie.

Karel Novotný
Vědecky a odborně zaměřen na teorii elektromagnetického pole, šíření vln v optických vlnovodech a matematické modelování polí.

Matěj Komanec
Vede část týmu zabývající se optickými vláknovými senzory. Zabývá se dále nelineárními optickými jevy pro celooptické sítě, pulzními lasery, mikrostrukturními vlákny či analýzou optických jevů v simulačním software.

Jiří Libich
Zabývá se především bezdrátovou a svazkovou optikou, analýzou atmosférických vlivů na optické spoje a programováním optických subsystémů.

Jan Šístek
Zabývá se vláknovou optikou a mikrovlnnou technikou.

Michael Písařík
Je zaměřen na nové vláknové lasery, senzorovou optiku a technologické postupy ve vlnovodné optice a pasivní nelineární optické prvky.

Jan Bohata
Je zaměřen na vývojové práce u optických vláknových prvků a na testování vlivů hazardních prostředí na moderní vláknové systémy.

Pavel Škoda
Zabývá se fotonickými službami, vláknovou optikou, tvarováním optických signálů a vláknovými lasery.

Petr Chvojka
Zabývá se komunikací ve viditelné oblasti (Vissible Light Communications, VLC)

Tomáš Němeček
Je zaměřen na vývoj vláknových senzorů pro detekci kapalin a plynů.

Petr Dvořák
Zabývá se měřicími metodami v optických systémech a mikrovlnnou radiometrií.

Martin Mudroch
Jeho náplní práce jsou simulace chování systémů za využití neuronových sítí a programování FPGA.

Redwan Ahmad
Zabývá se mikrostrukturními vlákny.

Petr Pešek
Zabývá se LTE přenosem přes optické infrastruktury (vláknové e FSO).

Norhanis Aida Mohd Nor
Diverzitní techniky v bezdrátových optických sítích (doktorandka na Northumbria university, školitel prof. Ghasemlooy, specialista prof. Zvánovec).

Externí (či hostující) členové týmu:

  • Joaquin Perez (Valenci University, Northumbria University), 2013
  • Paul Anthony Haigh (University of Bristol), 2014
  • Mojtaba Mansour Abadi (Northumbria University, Newcastle upon Tyne), 2014
  • Hatef Nouri (Ozyegin University, Istanbul), 2014
  • Amalia Nallely Castro Martínez (Universidad Nacional Autónoma de México), 2015

Jakým výzkumem se zabýváme

Náš tým se zabývá řadou oblastí výzkumu šíření a přenosu optických signálů.

První oblastí je vláknová optika, kde pracujeme na výzkumu a vývoji vláknových senzorů, vláknových laserů, širokospektrální generace optického signálu a komponent celooptických sítí. K tomuto využíváme nejmodernějších přístupů a technologií. Testujeme speciální optická vlákna (mikrostrukturní, dopovaná, ze speciálních materiálů) jak pro účely detekce kapalin, tak z hlediska nelineárních jevů a generace superkontinua. Dále vyvíjíme pulzní vláknové lasery, vyhodnocujeme dlouhodobé vlivy na optická vlákna, navrhujeme struktury vláken pro rozličné aplikace a mnoho dalších. K tomuto využíváme nejmodernější simulační softwary a přístupy. Pracujeme ve spolupráci s předními světovými univerzitami, Ústavem fotoniky a elektroniky AV ČR a řadou technologických společností působící v oblasti fotoniky.

Další oblastí výzkumu a vývoje je oblast bezdrátové optiky (Free-space optics, FSO), kde provozujeme v kampusu ČVUT několik bezdrátových optických spojů tvořících jednoduchou síť. Měříme parametry atmosféry, máme speciální turbulentní komoru, dále pak i odvozujeme modely chování atmosférických turbulencí, vlivu deště, atd. na kvalitu FSO spojů. Jsme mimo jiné členy evropského projektu COST IC 1101 OPTICWISE.

Poslední oblastí zájmu je bezdrátová optická komunikace uvnitř budov ve viditelném světle (indoor visible light communications, VLC), kde již bylo dosaženo přenosů okolo 7 Gbit/s. Zde je naším cílem analýza současného pokrytí LED technologiemi jak k osvětlení místností, tak i k přenosu dat. Dále testujeme v mezinárodní spolupráci využítí technologií organických LED (OLED) pro komunikační účely.

K čemu to je

Rozvoj optických vláken v posledních desetiletích umožnil extrémní nárůst přenosové kapacity sítí, ale rovněž také využití optických vláken v dalších oblastech, jako je např. senzorika. Optická vlákna jsou izolanty, chemicky odolná a imunní vůči rušení . to z nich činí ideální kandidáty pro senzory v nebezpečných prostředích. Speciální vláknové struktury pak umožňují generaci širokospektrálních signálů, jejichž využití v lékařství a chemické analýze je nedocenitelné hodnoty. Bezdrátové optické spoje pak mohou umožnit vysokorychlostní přenos dat na mnoha místech, kde nelze pokládat vláknové spoje (historická centra měst), či kde standardní vysokofrekvenční přenosy jsou kapacitně nedostačující. Navíc pro VLC již LED osvětlení je celosvětově masivně nasazováno jak v místnostech, tak i ve veřejných prostorech. Oproti radiové oblasti poskytují o několik řádů vyšší přenosové rychlosti.

Na čem konkrétně pracujeme

Vláknově optická detekce kapalin

Projekt je zaměřen na vývoj vláknově optických senzorů se zvýšenou citlivostí pro detekci kapalných analytů. Detekce je založena na překryvu evanescentní vlny s kapalinou, čili se v principu jedná o refraktometrické měření. V rámci projektu vyvíjíme různé typy vláknových detekčních jednotek využívajících pro detekci kapalin (např. uhlovodíků) nejen křemenných konvenčních vláken, ale také mikrostrukturních optických vláken. Tento projekt je řešen ve spolupráci s SQS, Vláknová optika.

Širokospektrální optický zdroj na bázi vláken z měkkých skel

Cílem projektu je vytvoření prototypu širokospektrálního optického zdroje (tzv. zdroj superkontinua). Zdroj superkontinua se skládá z pulzního laseru a nelineárního prostředí . optického vlákna. Nelineární prostředí vyvíjíme na bázi konvenčních a mikrostrukturních vláken z měkkých skel (fluoridová, olovnatá, chalkogenidová vlákna). Paralelně vyvíjíme pulzní vláknový laser v oblasti 1550nm a rovněž 2000nm. Tento projekt je řešen ve spolupráci s SQS, Vláknová optika, vývoj pulzního laseru na 2000nm pak taktéž s Ústavem fotoniky a elektroniky AV ČR.

Optický paketový přepínač

Projekt se zabývá vývojem přepínače (switch), který pracuje na bázi směrování optických paketů. Hlavní předností je zachování dat v čistě optickém formátu a pouze hlavička . IP adresa . je zpracována elektronicky a vyhodnocena. Tím dosahujeme datových rychlostí vyšších nežli je limit čistě opto-elektronických přepínačů. Pro samotné přepínaní využíváme speciálních vláken a nelineárních jevů.

Vláknové lasery

Vyvíjíme vláknové lasery s pasivní vidovou synchronizací, který využívá komerčně dostupné erbiem-dopované optické vlákno a pomocí nelineární rotace polarizace ve smyčce dochází k pulznímu chování laseru. Lze dosáhnout pulzů s pološířkou až 200fs a vysokou energií. Naším cílem je smyčku maximálně optimalizovat, abychom docílili vysokých opakovacích frekvencí.

Výzkum okolních vlivů na nové širokopásmové bezdrátové optické systémy

Hlavním cílem tohoto projektu je v součinnosti s mezinárodní spolupráci v rámci COST projektu IC1101 OPTICWISE odvození nové metodologie pro rozpoznání atmosférických parametrů na základě měření bezdrátových optických systémů využívajících adaptivní přístupy. Je prováděna rozsáhlá měřicí kampaň zahrnující dva optické spoje WaveBridge 500 od Plaintree, čtyřsvazkový optický bezdrátový spoj FlightStrata G od LightPointe (1.25 Gbps, VCSEL na 850 nm) a cca 400 m dlouhý spoj MRV Telescope 700. Paralelně probíhají měření v mikrovlnné oblasti (5 GHz spoj Mikrotik), jsou měřeny parametry atmosféry pomocí dvou meteorologických stanic a turbulentní prostředí v blízkosti budov je analyzováno na základě měření teplotních gradientů pomocí speciální senzorové linky a dále pak na základě radiometrických měření šumové teploty. Dále je v analýzách využita meteoradarová databáze obsahující vývoj rozložení intenzit deště na území 250x250 km (pokrytí ČR) s rozlišením 1 km a časovým krokem 1 min po dobu 3 let.

Komunikace ve viditelném světle (VLC)

V posledních letech se jeví v celosvětovém měřítku vysoce perspektivní komunikace ve viditelném světle (VLC, visible light communications). Jedná se o novou technologii pro budoucí vysoko kapacitní komunikační sítě využívající viditelnou část elektromagnetického spektra (rozsah vlnových délek 370 . 780 nm), jejíž výhodou je, že nepodléhá žádným licenčním nárokům a navíc není spektrum těchto frekvencí tak zarušené jako u radiových služeb. VLC využívá LED (light-emitting diodes), které jsou vysokorychlostně modulovány, čímž poskytují jak přenos dat, tak i zároveň osvětlení místnosti. Jednou z největších překážek je omezená šířka pásma LED, která je limitována do oblasti jednotek MHz. I presto již bylo dosaženo gigabitových přenosů.

Paralelně je velký význam přikládán organickým LED (OLED), které mají oproti klasickým anorganickým mnoho výhod jako jsou velmi levné náklady na výrobu, mechanická flexibilita či velká vyzařovací plocha. Proto se výzkumné týmy zabývají OLED technologií, jež nabízí velký potenciál, ačkoli disponují mnohem menší šířkou pásma o tři řády menší než klasické LED. Náš optický tým vyvíjí VLC spoje využívající jak LED, tak OLED a zabývá se implementací moderních modulačních formátů jako OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing) nebo CAP (carrier-less amplitude and phase modulation). Spolupracujeme s mnoha zahraničními a špičkovými pracovišti v oblasti VLC, jako například Northumbria University v Newcastlu, University College London (UCL) v Londýně či University of Bristol.

Kdo financuje náš výzkum

  • COST project IC1101 Optical Wireless Communications - An Emerging Technology, OPTICWISE,http://www.cost.eu/domains_actions/ict/Actions/IC1101(link is external)
  • Širokospektrální optický zdroj na bázi vláken z měkkých skel (ve spolupráci s SQS, vláknová technika a.s), TACR grant TA04010220
  • Vláknově optická detekce kapalin (ve spolupráci s SQS, vláknová technika a.s), TAČR projekt TA03010060
  • Optický paketový přepínač (ve spolupráci s SQS, vláknová technika a.s, ÚFE AV ČR), TAČR projekt TA01011105
  • TACR - Centrum kompetence TE02000202 Pokročilé senzory a metody zpracování senzorových dat (náš team vede pracovní balíček 6), spolupráce s ČZU Plzeň, VUT, AZD Praha, Honeywell International s.r.o., SQS, vláknová technika a.s, LESIKAR, a.s. a Safibra
  • Výzkum okolních vliv. na nové širokopásmové bezdrátové optické systémy, (Research of Ambient Influences on Novel Broadband Optical Wireless Systems - RAINBOWS), MŠMT COST_CZ projekt LD12058
  • Centrum pro kvazioptické systémy a terahertzovou spektroskopii KVASTES, projekt LC06071 (s VŠCHT, VUT)
  • Kvadrupólové interakce jako účinný nástroj pro konformační a strukturní analýzu biochemicky a astrofyzikálně důležitých molekul (s VŠCHT), GAČR projekt GAP206/10/2182
  • Vliv atmosféry na šíření elektromagnetických vln u širokopásmových stratosférických spojů, GAČR projekt GP102/08/P346
  • Optické a mikrovlnné detekční systémy, ČVUT projekt SGS14/190/OHK3/3T/13

S kým spolupracujeme

Tuzemské výzkumné týmy a průmysloví parteři
  • SQS Vláknová optika a.s.
  • Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v. v. i.
  • SITEL, spol. s.r.o.
  • T-Mobile Czech Republic a.s.
  • Kabelovna Kabex a.s.
  • OFA, s.r.o.
  • PROFiber Networking s.r.o.
  • NETWORK GROUP, s.r.o.
  • Vysoké učení technické v Brně
  • Vysoká škola báňská-Technická univerzita Ostrava
  • Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
  • Czech Metrology Institute
Zahraniční týmy
  • Northumbria University, Newcastle UK
  • University of Southampton
  • University of Bristol
  • University College London
  • University of Edinburgh
  • University of Oxford
  • Ecole Centrale Marseille, Institut Fresnel, Francie
  • RWTH Aachen
  • Politecnico di Milano
  • Hong Kong Polytechnic University
  • Ozyegin University Turecko
  • Cork Institute of Technology
  • University of Technology Graz

Vybrané publikace

  • Perez, J. - Zvanovec, S. - Ghassemlooy, Z. - Popoola, W. O., Experimental characterization and mitigation of turbulence induced signal fades within an ad-hoc FSO network, Optics Express, vol. 22, no. 3, p. 3208-3218, 2014.
  • Pisarik, M. - Peterka, P. - Zvanovec, S. - Baravets, Y. - Todorov, F. - Kasik, I. - Honzatko, P., Fused fiber components for .eye-safe. spectral region around 2 micrometers, Optical and Quantum Electronics, vol. 46, pp. 603-611, 2014.
  • Haigh, P. A. - Burton, A. - Werfli, K. - Minh, H. L. - Bentley, E. - Chvojka, P. - Popoola, W. O. - Papakonstantinou, I. - Zvánovec, S., A Multi-CAP Visible Light Communications System with 4.85 b/s/Hz Spectral Efficiency, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, accepted for publications...
  • Bohata, J. - Pisarik, M.- Zvanovec, S. - Peterka, P., Reliability of Aircraft Multimode Optical Networks, Optical Engineering, vol. 53, no. 9, 2014
  • Komanec, M. - Skoda, P. - Sistek, J. - Martan, T., Data Transparent and Polarization Insensitive Optical Packet Switch based on Fibers with Enhanced Nonlinearity, Radioengineering, vol. 23, no. 3, pp. 768-775, 2014.
  • Rajbhandari, S. . Ghassemlooy, Z. . Haigh, P. A. . Kanesan, T., Experimental Error Performance of Modulation Schemes under a Controlled Laboratory Turbulence FSO Channel, IEEE Journal of Lightwave Technology, accepted for publications...
  • Zvanovec, S. - Perez, J. - Ghassemlooy, Z. - Rajbhandari, S. - Libich, J. , Route diversity analyses for free-space optical wireless links within turbulent scenarios(link is external), Optics Express, vol. 21, Issue 6, pp. 7641-7650, 2013.
  • Skoda, P. - Radil, J. - Vojtecht, J. - Hula, M.: Analyses of 100 Gbps Coherent System Performances. Radioengineering. 2013, vol. 2, no. 22, p. 632-637. ISSN 1210-2512.
  • Libich, J. - Zvánovec, S.: Influences of Turbulences in Near Vicinity of Buildings on Free-space Optical Links. IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2011, vol. 9, no. 5, p. 1039-1044. ISSN 1751-8725.
  • Komanec, M. - Honzátko, P. - Zvánovec, S.: Single-shot All-optical Sampling Oscilloscope using a Polarization-maintaining Resonator for Pulse Replication. Microwave and Optical Technology Letters. 2010, vol. 52, no. 11, p. 2452-2456. ISSN 0895-2477.
  • Zvánovec, S. - Pechač, P.: Validation of Rain Spatial Classification for High Altitude Platform Systems. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2011, vol. 59, no. 7, p. 2746-2750. ISSN 0018-926X.
  • Černý, P. - Piksa, P. - Zvánovec, S. - Kořínek, T. - Kabourek, V.: Improved axial feeding of Fabry-Perot resonator for high-resolution spectroscopy applications. Microwave and Optical Technology Letters. 2011, vol. 53, no. 11, p. 2456-2462. ISSN 0895-2477.
  • Kelleher, B. - Bonatto, C. - Škoda, P. - Hegarty, S. P. - Huyet, G.: Excitation Regeneration in Delay-coupled Oscilators. Physical Review E. 2010, vol. 81, no. 3, p. 036204-1-036204-5. ISSN 1539-3755.
  • Zvánovec, S. - Černý, P. - Piksa, P. - Kořínek, T. - Pechač, P. - et al.: The use of the Fabry-Perot interferometer for high resolution microwave spectroscopy. Journal of Molecular Spectroscopy. 2009, vol. 256, no. 1, p. 141-145. ISSN 0022-2852.

Za obsah odpovídá: doc. Ing. Milan Polívka, Ph.D.