Michael Robertson: Pionier der optischen Kommunikation trennt sich vom Netzwerk

Oct 30, 2023

Nachdem ich mehr als 40 Jahre lang in der optischen Kommunikation tätig war,Michael Robertson ist einer der weltweit dienstältesten Experten auf dem Gebiet der Glasfaser. Anlässlich seines Ruhestands spricht er mit Anita Chandran über interdisziplinäre Forschung, die von ihm erzielten Durchbrüche und die guten und schlechten Seiten der Glasfaser in Großbritannien

Die Möglichkeit, ein Buch, ein Video oder ein PDF einfach aus dem Internet herunterzuladen, ist eine Selbstverständlichkeit. Stellen Sie sich vor, wie viel länger es dauern würde, bis Sie dieselbe Datei per Post erhalten. Ob es sich um soziale Medien, Nachrichten, Fernsehsendungen, Filme oder wissenschaftliche Arbeiten handelt – über das Internet können Sie nahezu augenblicklich darauf zugreifen. Es ist eine Revolution in unserer Informationswirtschaft, die die moderne Welt wirklich verändert hat.

Die Geschichte der Telekommunikation beginnt in den späten 1850er Jahren, als zwischen Großbritannien und den USA ein 3000 km langes Kupferkabel zur Übertragung elektrischer Signale verlegt wurde, das es Königin Victoria ermöglichte, das erste transkontinentale Telegramm zu versenden. Die Übermittlung der an den amerikanischen Präsidenten James Buchanan gerichteten Nachricht dauerte über 17 Stunden, enthielt jedoch nur 98 Wörter – weniger als 500 Bytes an Informationen. Heutige Telekommunikationsnetze hingegen ermöglichen es uns, Gigabytes an Daten innerhalb von Sekunden über Ozeane zu übertragen, meist dank der Glasfasertechnologie.

Um eine Nachricht über ein Glasfaserkabel zu senden, muss sie zunächst in ein optisches Signal, beispielsweise Impulse oder Lichtblitze, umgewandelt werden, bevor sie möglichst effizient entlang der Glasfaser gesendet wird. Das Signal muss dann erkannt und wieder in Datenform übersetzt werden. Es handelt sich um einen mehrstufigen Prozess, der fortschrittliche Technologie erfordert und zum Teil vom bahnbrechenden Physiker Michael Robertson entwickelt und umgesetzt wurde, der nach fast 43 Jahren in der Glasfaserkommunikation gerade seine Laserbrille an den Nagel gehängt hat.

Robertson verbrachte seine Karriere an der weltweit führenden Photonik-Forschungseinrichtung in Martlesham Heath in Ipswich. Ein Unternehmenslabor, das ursprünglich als Post Office Research Station bekannt war, im Laufe der Jahre viele verschiedene Eigentümer hatte und heute Adastral Park heißt. Hier entwickelte Robertson eine Technologie, die die Geschwindigkeit, mit der Daten in Glasfaser-Kommunikationskabeln übertragen werden konnten, erheblich erhöhte. Die von Robertson und seinem Team geleistete Arbeit hat einen Großteil der Internet-Infrastruktur, auf die wir heute angewiesen sind, zugrunde gelegt – selbst die Rückgrate der Pandemie, Zoom und Skype, nutzen die von ihnen entwickelte Technologie.

Natürlich muss die Elektronik immer schneller arbeiten, aber es ist die gleiche [optische] Faser … das ist es, was wir erreicht haben, weitaus höhere Datenraten über die gleiche Faser.“

Robertsons Forschung konzentrierte sich auf die Laser, die zur Übertragung optischer Signale über die Kabel verwendet wurden, und auf die Detektoren, die zu deren Empfang eingesetzt wurden. „Wir haben Anfang der 80er Jahre mit etwa 8 Megabit [pro Sekunde] angefangen und jetzt sind wir bei 25 Gigabit“, sagt er. Diese Zahl steigt noch weiter an, wenn die Systeme miteinander „gemultiplext“ werden, sodass mehrere Signale gleichzeitig über ein optisches Kabel gesendet werden können. „Wenn man es multiplext, sprechen wir von 100 Gigabit oder sogar mehr, was einer massiven Steigerung mit sehr geringen Nachteilen entspricht.“ Die Arbeit bedeutet, dass nur minimale zusätzliche Infrastruktur erforderlich war, um über 10.000 Mal mehr Daten zu übertragen als in den 1980er Jahren.

„Natürlich muss die Elektronik immer schneller arbeiten, aber es ist die gleiche [optische] Faser“, sagt Robertson. „Das ist es, was wir erreicht haben: weitaus höhere Datenraten über dieselbe Glasfaser.“ Dies bedeutet, dass ein Filmausschnitt, dessen Download in den 1980er Jahren über eine Stunde gedauert hätte, heute in weniger als einer Sekunde abgerufen werden kann, obwohl das Signal immer noch über dieselben Glasfasern übertragen wird.

Robertson begann seine Karriere als Physiker an der University of St Andrews, die er 1976 abschloss, bevor er an die Durham University wechselte, um über Cadmiumsulfid-Solarzellen zu promovieren. „Ich wollte etwas Nützliches tun“, sagt er, „ich dachte, Solarenergie sei wichtig für die Zukunft. Nachdem [meine Doktorarbeit] abgeschlossen war, wollte ich weiterhin etwas Nützliches tun.“ Robertson verließ Durham 1979, als, wie er anmerkt, „die optische Telekommunikation gerade erst durchstartete“.

Er nahm eine Stelle bei der Post Office Research Station an, die jedoch bald von British Telecom (BT) übernommen wurde und zu BT Research Laboratories (BT Labs) wurde. Hier beschäftigte er sich als Experimentalphysiker mit Halbleiterlasern und Fotodioden, die Schlüsselkomponenten in optischen Kommunikationsnetzen sind. Robertson lernte schnell und vertiefte die Festkörperphysik, die er sich während seiner Doktorarbeit angeeignet hatte, mit zahlreichen anderen Fähigkeiten.

„Ich habe viele verschiedene Dinge in der Optoelektronik gemacht: Ich habe Epitaxie gemacht, ich habe Modellierung gemacht und ich habe im Bereich der Laserzuverlässigkeit gearbeitet. Das war mein Anfang“, sagt Robertson und fügt hinzu, dass die Laserzuverlässigkeit „das große Problem in den frühen Tagen“ war. Auf Halbleitern basierende Lasergeräte arbeiteten mit hohen Stromdichten, was bedeutete, dass viel elektrischer Strom durch eine kleine Fläche fließen musste, was sie anfällig für Ausfälle machte. „Sie hielten einen Tag“, erinnert er sich, „und wir mussten daran arbeiten, dass sie bis zu 25 Jahre halten. Das ist die Lebensdauer, die sie jetzt erreichen können.“ Diese Lebensdauer benötigen diese Dioden auch für eine zuverlässige Leistung in optischen Kommunikationsnetzen.

Um 1989 brachte Robertson sein Fachwissen in ein kleines Labor namens BT&D etwa einen Kilometer von Martlesham Heath entfernt, das BT zusammen mit dem US-Konzernriesen DuPont eingerichtet hatte. Er bezeichnet sich selbst als „den Techniker, der für Detektorprojekte verantwortlich ist“, eine untertriebene Beschreibung, die den Einfluss seiner Arbeit in der Festkörperphysik bei BT&D Lügen straft. Dort implementierten Robertson und sein Team erstmals eine Technik, die als metallorganische Dampfphasenepitaxie (MOVP) bekannt ist, um bestimmte Arten von Halbleiterkristallen mit mehreren Schichten zu züchten. Diese Halbleiter werden in vielen wesentlichen Komponenten faseroptischer Kommunikationssysteme verwendet, darunter Modulatoren, Detektoren und Laser.

Die MOVP-Wachstumstechnik wurde ursprünglich von Rodney Moss entwickelt, einem Wissenschaftler, der ebenfalls viele Jahre bei BT tätig war. Es ermöglichte, in Robertsons Worten, „eine dramatische Veränderung“ in der Landschaft der optischen Kommunikation. Vor Robertsons Arbeit an MOVP bei BT&D konnten Halbleiter nur in winzigen Stücken mit geringer Zuverlässigkeit gezüchtet werden. Dies schränkte ihren Einsatz insbesondere bei der Erkennung kleiner Signale am Ende von Telekommunikationsnetzen ein. Aber mit MOVP war Robertson in der Lage, viel größere Halbleiterkristalle zu züchten. Diese waren äußerst zuverlässig und ermöglichten vor allem auch optische Hochgeschwindigkeitsdetektoren, die schneller modulierende Signale erfassen konnten, wodurch die Geschwindigkeit der Datenerfassung erhöht wurde.

Nach einem Jahr bei BT&D kehrte Robertson in die BT-Labore in Martlesham Heath zurück und gewann 1993 mit seinem Team bei BT und BT&D den Queen's Award for Technology (heute Teil der King's Awards for Enterprise) für ihre Arbeit an optoelektronischen Materialien und Geräte. Doch dann, im Jahr 2000, während des „Dotcom“-Booms, verkaufte das Unternehmen die Anlage, in der Robertson arbeitete, an den US-amerikanischen Riesen für optische Kommunikation Corning. Als die Dotcom-Blase Anfang der 2000er Jahre platzte, zog sich Corning aus Martlesham Heath zurück und ließ einen Großteil der Infrastruktur und Ausrüstung des Labors zurück. Der Standort wurde von der East of England Development Agency übernommen, aus der Robertson und sein damaliger Chef David Smith 2003 ein Start-up namens Centre for Integrated Photonics (CIP) gründeten. Das Zentrum existierte bis 2012, zu diesem Zeitpunkt wurde es von der Regierung übernommen zog den Entwicklungsagenturen den Stecker und CIP wurde an das chinesische Technologieunternehmen Huawei verkauft, in dessen Besitz es sich bis heute befindet.

Der sich ständig verändernde Charakter des Labors und Robertsons Karriere darin sind ein Sinnbild für das sich verändernde Gesicht der Telekommunikationsbranche im Vereinigten Königreich. Jedes Unternehmen hatte seine eigenen Merkmale, Strategien und Nachteile. „Während der BT-Zeit hatten wir die größte Freiheit“, erinnert er sich und betrachtet BT als einen weltbekannten Betrieb, der in vielerlei Hinsicht Pionierarbeit leistete. Huawei hingegen hat dem Labor den klarsten kommerziellen Fokus gegeben. „Wir sind bei Huawei näher an der Spitze. Sie wollen etwas, das wir verkaufen können.“

Einige Politiker und Kommentatoren haben das Engagement von Huawei in einem so hochkarätigen Bereich in Frage gestellt, wobei die britische Regierung im Jahr 2020 Sicherheitsbedenken gegen das Unternehmen geäußert hatte. Die Regierung hat erklärt, sie wolle, dass Huawei bis 2027 aus den 5G-Netzen des Vereinigten Königreichs entfernt wird, und hat dies auch getan riet Glasfaserfirmen, sich von Huawei-Geräten zu distanzieren. Doch wenn man ihn auf die Kritik an Huawei anspricht, scheint Robertson relativ optimistisch zu sein. „Was die Sicherheitsprobleme angeht, über die Sie in der Presse lesen, sind wir [bei Martlesham Heath] von all dem völlig getrennt. Die Dinge, die wir tun, sind Materialforschung, es gibt also keine Hintertüren; wir können einfach mit dem Sein weitermachen.“ Physiker und Materialwissenschaftler, worüber ich mich freue. Huawei unternimmt große Anstrengungen, um sicherzustellen, dass es nichts tut, was es nicht tun sollte.“

Das Streben nach besserer Wissenschaft und Technologie – unabhängig von einem sich verändernden Arbeitsumfeld – war für Robertson schon immer ein großer Antrieb, und die Arbeit in einem Unternehmen hat ihm gut gefallen.

Während viele Physiker die intellektuelle Freiheit akademischer Forschungsumgebungen schätzen, sagt Robertson, dass ihn die Arbeit in der Industrie, wo sie Zugang zu mehr Geldern und besserer Ausrüstung hatten, nie davon abgehalten hat. Es gebe, so fügt er hinzu, „eine stärkere Fokussierung auf ein Ergebnis“, wohingegen man an Universitäten mehr Flexibilität habe.

Mehr Akademiker möchten vielleicht lieber ihre Theorien verfolgen, als sich einschränken zu lassen, aber so war ich noch nie. Es hat mir immer Spaß gemacht, etwas zu machen und zu sehen, ob es funktioniert.

„Ich war glücklich, mit dem Strom schwimmen zu können“, sagt er. „Mehr Akademiker möchten vielleicht lieber ihre Theorien verfolgen, als sich einschränken zu lassen, aber so war ich noch nie. Ich war immer froh, etwas zu machen und zu sehen, ob es funktioniert.“ Robertson ist der Meinung, dass es „einer ganz bestimmten Art von Charakter“ bedarf, um sein Leben einem bestimmten engen Bereich zu widmen, fügt aber hinzu, dass er „das Glück hatte, an all diesen verschiedenen Dingen arbeiten zu können“.

Gibt es etwas, das Robertson in einer so langen Karriere geändert hätte? Er verweist nicht auf die individuellen Beiträge seines Teams, sondern auf das Versäumnis von BT und der britischen Regierung, in die Fibre-to-the-Home-Technologie (FTTH oder FTTP) zu investieren. FTTH ist die Infrastruktur, mit der Glasfaserkabel direkt in Wohnungen, Wohngebäude oder Büros verlegt werden, um Mietern und Mitarbeitern hohe Internetgeschwindigkeiten zu ermöglichen.

„Großbritannien liegt beim Glasfaserausbau meilenweit hinter dem Rest der Welt zurück“, sagt er. Dies bedeutet, dass der Zugang zum Hochgeschwindigkeitsinternet im Vereinigten Königreich im Vergleich zu anderen Ländern hinterherhinkt. Robertson führt dies auf den Mangel an frühzeitigen Investitionen seitens BT zurück.

„Vor fast 20 Jahren war ich daran beteiligt, FTTH aus technischer Sicht voranzutreiben, aber es ist wirklich die Finanzperson, die man überzeugen muss“, sagt er. Er erklärt, dass die Regierung mit BT über die Einführung von FTTH verhandelte, sich aber auch Sorgen über die Bildung eines Monopols in der Telekommunikationsbranche machte und daher zögerte, die „massiven Kosten“ von FTTH für BT auszugeben – obwohl, Robertson glaubt, dass es sich um einen relativ bescheidenen Betrag von nur wenigen Milliarden Pfund gehandelt hätte. Gleichzeitig war BT nicht bereit, selbst in die Technologie zu investieren, weil man befürchtete, dass die Regierung das Unternehmen zwingen würde, sein Glasfasernetz für die Konkurrenz zu öffnen. Es kam zu einer Sackgasse und die Chance, in Großbritannien ein FTTH-Netzwerk aufzubauen, war verloren.

Robertson glaubt jedoch, dass Investitionen dem britischen FTTH-Netzwerk immer noch helfen können. „Es ist enttäuschend, aber [FTTH] wird jetzt eingeführt, das ist also gut“, sagt er. „Im Jahr 2019 war das Vereinigte Königreich tatsächlich das Schlusslicht in Europa für Fiber-to-the-Home. Wir liegen jetzt auf Platz 36.“

Robertson blickt auf eine Karriere zurück, die Optik, Elektronik, Laser, Modellierung und Informationswissenschaft umfasste. Er hat gerne in vielen Disziplinen der Physik gearbeitet und bezeichnet sich selbst als „eher ein Generalist“ als jemand, der sich auf eine bestimmte Disziplin beschränkt. Aufgrund dieser vielfältigen Erfahrung wurde er schließlich Forschungs- und Kooperationsmanager bei Huawei und verwaltete die Verbindungen zwischen dem Unternehmen und anderen akademischen und Unternehmensforschungsinstituten in ganz Großbritannien und dem übrigen Europa. Mittlerweile ist der 66-jährige Robertson offiziell in den Ruhestand getreten, aber wie viele andere Physiker bleibt er immer noch ein paar Tage im Monat bei Huawei beschäftigt.

„Ich halte meine Karriere nicht für etwas Spektakuläres“, sagt Robertson, der über seine großen Beiträge zur optischen Kommunikation entschieden bodenständig bleibt. Und auf die Frage, ob seine Familie jemals Witze darüber macht, dass er der Grund dafür ist, dass der Fernseher funktioniert oder warum Videos so schnell heruntergeladen werden können, lächelt er selbstironisch und sagt: „Gelegentlich“. Seine Kollegen hingegen äußern sich deutlicher zu seinem Einfluss auf den Bereich der optischen Kommunikation.

Er wird zu bescheiden sein, es zu sagen, aber seine Arbeit hat jedem in Großbritannien mit einer Internetverbindung geholfen

„Michaels Karriere bei Martlesham Heath ist eine Reise durch die Entwicklung der optoelektronischen Industrie“, sagt Michael Hill-King, Collaboration Director bei Huawei UK. „Er wird zu bescheiden sein, es zu sagen, aber seine Arbeit hat jedem in Großbritannien mit einer Internetverbindung geholfen.“ Diese Ansicht wird von Henk Koopmans, dem Vorstandsvorsitzenden für Forschung und Entwicklung bei Huawei UK, geteilt: „Michael sollte sehr stolz auf den bedeutenden Beitrag sein, den er zur Entwicklung der Photonik in Großbritannien geleistet hat.“