Nobelova cena za fyziku: optická vlákna a digitální foto

06.10. 12:16 | Autor: | Aktualizováno: 06.10. 14:01

Letošní Nobelova cena za fyziku putuje ke třem vědcům, jejichž práce nějak souvisí se světlem a bez jejichž přispění by dnešní digitální svět nemohl existovat. Oceněny byly objevy vedoucí k vývoji optických vláken a CCD čipu - základu digitální fotografie.

Polovina ceny patří Charlesi Kaovi (76), britskému fyzikovi původem z Číny. Před odchodem do důchodu působil ve Standard Telecommunication Laboratories v anglickém Harlow a na Čínské univerzitě v Hongkongu. V roce 1966 přišel na způsob, jak přenášet data na velké vzdálenosti prostřednictvím optických skleněných vláken, bez nichž by se dnešní telekomunikace a internet neobešly.

Charles Kao, otec moderních optických vláken. Primitivní skleněná vlákna se používala už ve 30. letech v medicíně k osvětlení jinak obtížně dostupného operovaného místa. Ale docházelo při tom ke značným ztrátám, o přenosu dat nemohlo být ani řeči. Viditelné i infračervené světlo přitom dovedou nést řádově desettisíckrát více informací než rádiové vlny. Vlákna se postupně zdokonalovala, ale ještě v první polovině 60. let činily ztráty 99 procent na dvaceti metrech.

Kao vypočítal potřebné vlastnosti optického vlákna a navrhl technologii jeho výroby. Vlákno musí vést světlo bez velkých ztrát a musí být dostatečně pevné a zároveň flexibilní.

První optický kabel spojující Spojené státy s Evropou byl položen v roce 1988. Dnes přesahuje celková délka optických kabelů jednu miliardu kilometrů. Navzdory pokroku technologií činí ztráty stále pět procent na kilometr, tento problém však řeší optické zesilovače, takže signál není nutné kvůli zesílení neustále převádět z optické do elektronické podoby a zpět.

ČTĚTE TAKÉ: Nobelova cena za medicínu: Proč buňky (ne)stárnou?

Soumrak filmu

Boyle a Smith na snímku z roku 1974. Druhou polovinu Nobelovy ceny získali američtí fyzikové Willard Boyle (85) a George Smith (79), kteří působili v Bellových laboratořích. V roce 1969 navrhli první CCD čip. Díky fotoelektrickému jevu dokáže převést dopadající světlo na elektrický signál, z něhož lze poté rekonstruovat obraz. Dnes tvoří srdce digitálních fotoaparátů a kromě spotřební elektroniky nachází využití například v astronomii, v mikroskopii nebo v zobrazovacích metodách v medicíně.

Původním záměrem obou vědců nebylo zpracování obrazu, ale vývoj lepší elektronické paměti. Toto využití je dnes zapomenuto, zato digitální fotografie vládne světu. CCD čip znamenal pro fotografii naprostou revoluci, většina výrobců dnes už opustila výrobu filmových přístrojů a soustředí se výlučně na digitální technologii.

Čip CCD, srdce digitálního fotoaparátu. Když světlo dopadá na křemíkovou destičku, vyráží z ní elektrony, které lze následně využít k rekonstrukci obrazu. Důležité bylo mimo jiné přijít na způsob, jak uchovat informaci o vzájemném prostorovém vztahu dopadajících fotonů - jak signál rozdělit na jednotlivé pixely tvořící celý obraz. Technologie je ve své podstatě černobílá, barvy dovede zaznamenat jen díky filtrům před jednotlivými fotocitlivými buňkami CCD čipu. Konkurenci CCD dnes představuje čip CMOS, který využívá fotoelektrického jevu trochu jiným způsobem.

Willard Boyle a George Smith. Za vysvětlení fotoelektrického jevu dostal v roce 1921 Nobelovu cenu Albert Einstein. (Teorie relativity byla v té době ještě mnohými vnímána jako kontroverzní, takže přestože je její význam pro teoretickou fyziku i mnohé praktické aplikace zcela zásadní, největšího vědeckého ocenění se Einstein dočkal právě za svůj dnes méně známý příspěvek k pochopení fotoelektrického jevu.)