Nobel-díj az optikai kommunikáció és a CCD feltalálóinak

Az üvegszál képességeinek felfedezése

Charles K. Kao több mint negyven évvel azt követően kapta meg a Nobel-díjat, hogy felfedezte az üvegszál nagy távolságú kommunikációra történő alkalmazásának lehetőségét. A kínai származású, angol és amerikai állampolgárságú Kao 1966-ban ismerte fel, hogy rendkívül magas tisztaságú üvegből készült szál használatával lehetséges, hogy fénnyel akár több kilométeres távolságra is kommunikálni lehessen. Az 1960-as években ez még futurisztikusnak számított, az akkori optikai technikákkal néhány tucat métert lehetett legfeljebb átvinni.

Bár a ma 76 éves Kao nem az első volt, aki felvetette az optikai üvegszálas kommunikáció ötletét, de a több kilométeres távon történő alkalmazását elsőként ő és társa, George Hockham javasolta a ma már nem is létező brit Standard Telehpones and Cables társaságnál. Kao és társa szerint a fény erőteljes csillapodását az üvegszál nem eléggé magas fokú tisztasága okozza, és meggyőződésük volt, hogy a csillapodást kilométerenként 20 decibel alá lehet szorítani. Kao és Hockham három évnyi számítást és kutatást követően 1966-ban bizonyították be, hogy az üvegszálas optikai kábelekben a csillapítást az üvegben található szennyeződés okozza, nem pedig a technológiával van gond. Kao visszaemlékezését egy 2004-es interjúban elolvashatjuk itt.

Kao lényegében ezért a munkájáért kapta meg a Nobel-díjat, mivel ezzel megindultak az optikai üvegszálas technológiák fejlesztései, melyek később számos területen forradalmi áttörést értek el. A 20 decibeles határt elsőként 1970-ben érték el a Corning kutatói (Maurer, Keck, Schultz és Zimar), egészen pontosan kilométerenként 17 decibelt, miután sikeresen szennyezték titánnal a szilíciumdioxidból készült üveget, majd később elérték a 4 decibelt is, méghozzá germániumdioxid szennyezéssel, vagyis Kao és Hockham víziója több mint teljesült.

Az üvegszálak gyártásában bekövetkező áttörésnek köszönhetően a \'80-as években már 50 kilométeres szálakat is képesek voltak kereskedelmi mennyiségben előállítani. A felfedezés végeredményben hatalmas haszonnal járt az emberiség számára, miután a kommunikáció egy rendkívül nagysebességű, mégis olcsó formáját teszi lehetővé, miközben rendkívül tartós - a jelenlegi műszaki szinten lehetséges 155 darab 100 gigabit/s csatornát egyetlen szálban összefogni, és 90 kilométerenként egy erősítővel 7000 kilométeren át továbbítani, amit az Alcatel-Lucent tudósai a Bell Labsnél értek el.

A film kiváltása

A 2009-es fizikai Nobel-díj másik felén Willard Boyle és George Smith osztoznak, a CCD feltalálásért. A Svéd Királyi Akadémia indoklása szerint a CCD volt az első sikeres digitális képalkotó technológia, mely forradalmasította a fényképezést, mivel elektronikussá tette azt, így szükségtelenné vált a fényérzékeny film használata. A CCD-t Boyle és Smith az AT&T Bell Labsnél 1969-ben fejlesztették ki.

A CCD-t eredetileg nem is fényszenzornak, hanem olyan memóriának akarták alkalmazni, mely a felületén keresztül képes fogadni töltést. A mérnökök hamar rájöttek, hogy fénnyel is lehet töltést vinni az eszközbe, ezzel pedig megszületett a koncepció: a valódi fényt meg kell tudni feleltetni a töltésnek, és reprodukálni lehet a képet. Az első kereskedelmi termékkel a Fairchild készült el 1974-ben, 100x100, vagyis 10 kilopixeles felbontásban. Az első erőfeszítéseket a digitális fényképezőgép elkészítésére az Eastman Kodak tette, egy évvel később. A 3,6 kilogrammos prototípus 23 másodperc alatt vette fel az egy darab 10 kilopixeles állóképet.

A Sony hatalmas és hosszú éveket felemésztő fejlesztési erőfeszítéseket követően 1985 januárjában dobta piacra 250 kilopixeles videokameráját, a CCD-V8-at, mely lenyűgözte a publikumot, ugyanis kiváló képminősége mellett rendkívül kompakt is volt, mindössze 2 kilogrammot nyomott, és 8 milliméteres szalagra rögzített. A még abban az évben megjelenő kistestvére, az M8 mindössze 1 kilogrammos volt, és lényegében ezzel elindult az elektronikus kamerák és fényképezőgépek forradalma.

Egy évvel később piacra került a Canon RC-701, mely talán a legelső CCD-s fényképezőgép volt, mely megjelent - ez a modell még nem volt nevezhető digitálisnak, ugyanis analóg elektronikus jelet továbbított egy mágneses tárolóra, de megalapozott digitális korszaknak. Boyle azonban úgy nyilatkozott, hogy munkája legnagyobb eredményeként azt tartja, hogy a lehetővé vált a képek továbbítása a Mars felszínéről.