• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Ojciec światłowodów i pionierzy fotografii cyfrowej dzielą się Nagrodą Nobla w fizyce

    08.10.2009. 15:12
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Fakt, że możesz teraz czytać ten artykuł i obejrzeć dołączone do niego zdjęcie zawdzięczamy w dużej mierze pracy trzech naukowców, którzy właśnie otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za rok 2009.

    Brytyjsko-amerykański fizyk, Charles Kuen Kao, ze Standard Telecommunication Laboratories w Wlk. Brytanii oraz Chińskiego Uniwersytetu w Hong Kongu, Chiny, otrzymał połowę nagrody opiewającej na 10 mln SEK (976.000 EUR) "za przełomowe osiągnięcia w transmisji światła w włóknach na potrzeby komunikacji optycznej".

    Już w latach 30. ubiegłego stulecia lekarze wykorzystywali krótkie włókna światłowodowe podczas badania narządów wewnętrznych pacjenta albo w celu oświetlania zębów w trakcie operacji dentystycznej. Jednak włókna te dosyć szybko się zużywały i były w stanie przesyłać światło tylko na niewielką odległość. W latach 60. XX w. wynalezienie lasera pozwoliło wprowadzić zogniskowane wiązki światła bezpośrednio do włókien światłowodowych. Ale i taki laserowy sygnał szybko zanikał - po pokonaniu zaledwie 20 metrów w włóknach pozostawał tylko 1% światła, które wprowadzono na początku.

    Urodzony w 1933 r. w Szanghaju, Chiny, Charles Kao uzyskał stopień doktora elektrotechniki w Imperial College w Londynie, Wlk. Brytania, w roku 1965. W tym czasie pracował już w Standard Telecommunication Laboratories, gdzie wraz ze swoim współpracownikiem, Georgem Hockhamem, badał dogłębnie właściwości włókien światłowodowych.

    W styczniu 1966 r. partnerzy przedstawili wyniki swoich prac. Stwierdzili, że zanieczyszczenia znajdujące się w szkle ograniczają wydajność włókien światłowodowych. Przesyłanie światła na dużą odległość wymagałoby wytworzenia absolutnie nieskażonego, przeźroczystego szkła.

    W owym czasie nikt jeszcze nie wytworzył takiego szkła. Jednak już cztery lata później amerykańskiemu producentowi szkła udało się stworzyć wyjątkowo czyste włókna światłowodowe o długości jednego kilometra. Dzisiaj, rozmowy telefoniczne, wiadomości, obrazy i inne dane są przenoszone na całym świecie przez ponad miliard kilometrów włókien światłowodowych.

    "[Profesor Kao] stworzył zasady działania włókien światłowodowych dzięki swoim badaniom i sprawił, że komunikacja światłowodowa stała się rzeczywistością, zwiastując ostatecznie erę Internetu" - mówi Lawrence Lau, Rektor Chińskiego Uniwersytetu w Hong Kongu. "Szerokopasmowa komunikacja sieciowa, która stała się nieodzownym elementem współczesnego życia, wiele zawdzięcza profesorowi Charlesowi Kao, który przetarł jej szlaki."

    Drugą połową nagrody podzielą się William Boyle i George Smith z Bell Laboratories w USA, "za wynalezienie półprzewodnikowego obwodu obrazującego - sensora CCD [przyrząd ze sprzężeniem ładunkowym]".

    CCD jest elektronicznym okiem znajdującym się w sercu cyfrowych aparatów i kamer. Urządzenie opiera się na efekcie fotoelektrycznym (który, nawiasem mówiąc, przyniósł Nagrodę Nobla w fizyce Albertowi Einsteinowi w roku 1921). Wskutek efektu fotoelektrycznego światło przetwarzane jest na sygnały elektryczne.

    Sensor CCD to zasadniczo matryca "fotokomórek" emitujących różne ilości elektronów w zależności od intensywności światła uderzającego w nie. Elektronowa treść każdej takiej fotokomórki może zostać odczytana, dzięki czemu obraz optyczny zamienia się w cyfrowy. Różne filtry umożliwiają generowanie kolorowych obrazów.

    Oprócz zrewolucjonizowania fotografii, CCD jest powszechnie wykorzystywany w medycynie do obrazowania narządów wewnętrznych.

    "Fotografia cyfrowa stała się niezastąpionym narzędziem w wielu dziedzinach badań naukowych" - czytamy w oświadczeniu Fundacji Nobla. "Sensor CCD stworzył nowe możliwości zobaczenia tego, czego wcześniej nie widziano. Dał nam krystalicznie czyste zdjęcia odległych miejsc w naszym wszechświecie, jak również głębin oceanów."

    Nie trzeba dodawać chyba, że z kolei światłowody profesora Kao są niezbędne byśmy mogli przesyłać na cały świat zdjęcia wykonane za pomocą CCD.

    rdo: CORDIS

    informacji: Witryna Nagrody Nobla: http://nobelprize.org/ Chiński Uniwersytet w Hong Kongu: http://www.cuhk.edu.hk/ Kategoria: Różne
    Źródło danych: Fundacja Nobla; Chiński Uniwersytet w Hong Kongu
    Referencje dokumentu: Na podstawie informacji uzyskanych z Fundacji Nobla
    Indeks tematyczny: Elektronika, mikroelektronika; Technologie informacyjne i komunikacyjne ; Przetwarzanie informacji, systemy informacyjne; Innowacja, transfer technologii; Technologia materialowa; Technologie sieciowe ; Badania Naukowe; Inne technologie; Telekomunikacja RCN: 31331   W góre . O tym serwisie . Serwisy CORDIS . Helpdesk . © . Ważne informacje prawne Administratorem witryny CORDIS jest Urząd Publikacji

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Światłowody fotoniczne (ang. Photonic crystal fiber, PCF, dosłowne tłumaczenie "światłowód z kryształu fotonicznego") to nowa rodzina włókien światłowodowych, wykorzystująca do prowadzenia światła właściwości kryształów fotonicznych. Dzięki zdolności skupiania światła w pustym rdzeniu oraz charakterystykom skupiania światła niemożliwym do uzyskania w klasycznych światłowodach, światłowody fotoniczne mogą znaleźć zastosowanie w komunikacji światłowodowej, laserach światłowodowych, optycznych przyrządach nieliniowych, transmisji dużych mocy optycznych, czujnikach gazów i w innych obszarach. Obcinarka służy do precyzyjnego przycinania światłowodów, np. przed ich spawaniem. Ze względu na kruchość włókien światłowodowych ze szkła kwarcowego nie można ich ciąć w zwykły sposób. Obcinarka wykonuje za pomocą ostrego nożyka rysę na włóknie, które jest jednocześnie rozciągane wzdłuż osi. Powoduje to precyzyjne pęknięcie światłowodu. Mufa światłowodowa – to kompletny zestaw osprzętu do trwałego połączenia metodą spawania włókien (patrz: Spawarka światłowodowa) dwóch (lub większej liczby) odcinków instalacyjnych kabli światłowodowych.

    Światłowód włóknisty (inne nazwy: włókno światłowodowe, włókno optyczne lub po prostu światłowód) – rodzaj światłowodu (falowodu optycznego) służący do przesyłania światła. Pierwotnie stosowany dla celów dekoracyjnych i oświetleniowych, obecnie najczęściej wykorzystywany jest w telekomunikacji i do transmisji danych. Zwykle występuje w formie włókien dielektrycznych, najczęściej szklanych, z pokryciem z tworzywa sztucznego. Część światłowodu prowadząca światło, tak zwany rdzeń, charakteryzuje się największym współczynnikiem załamania światła w całej strukturze. Dyspersja chromatyczna – w technice i telekomunikacji światłowodowej jest to zależność współczynnika załamania światła włókna światłowodowego od długości fali (częstotliwości), co oznacza zależność prędkości propagacji sygnału w światłowodzie od długości fali.

    Spawarka światłowodowa - (ang. fusion splicer) - urządzenie służące do łączenia włókien kabla światłowodowego poprzez przetopienie specjalnie przygotowanych końcówek w łuku elektrycznym. Łuk elektryczny pozwala na wstępne wygrzanie włókien, wykonanie spawu i końcowe wygrzanie spawu celem eliminacji naprężeń. Zaspawane włókna chroni się termokurczliwymi osłonkami a całość połączenia umieszcza w mufie światłowodowej lub odpowiedniej przyłącznicy światłowodowej. Soczewki światłowodowe (soczewki GRIN lub SELFOC) wykonuje się ze szkła o zmiennej wartości współczynnika załamania światła n w funkcji odległości od osi soczewki n = f(r). Są to w rzeczywistości krótkie odcinki światłowodów gradientowych. Nazwa GRIN pochodzi się od angielskich słów GRadient INdex, a SELFOC od SELf FOCusing. Gradientowy profil współczynnika załamania powoduje krzywoliniowy bieg promieni, taki jak w światłowodzie gradientowym. Profil współczynnika załamania światła przypomina krzywą dzwonową, której maksimum znajduje się w osi soczewki, a jej ramiona opadają w dół (wykres funkcji obok).

    Naświetlenie – proces padania światła na materiał światłoczuły, dzięki czemu powstaje na nim obraz utajony. Prawidłowe naświetlenie jest kluczowym elementem w procesie powstawania zdjęcia. Jeśli światła naświetlającego jest za mało, zdjęcie będzie za ciemne, niedoświetlone. Analogicznie, gdy światła jest za dużo, zdjęcie będzie prześwietlone. Światłowód jednomodowy – rodzaj światłowodu służący do przesyłania jednego modu światła, nazywanego modem podstawowym. Największą zaletą tego typu światłowodów jest możliwość przesyłania danych na duże odległości, bez znaczącego zniekształcenia i tłumienia sygnału. Pozwala to na budowę systemów transmisyjnych dalekiego zasięgu, osiągających znaczne przepływności.

    Źródła światła - przedmioty emitujące światło. Przedmioty, które widzimy, mogą same wysyłać światło lub odbijać światło padające na nie. Te, które same emitują światło nazywamy źródłami światła. Dla ludzi najważniejszym źródłem światła jest Słońce, bez którego nie istniałoby życie na Ziemi. Źródła światła dzielimy na naturalne oraz sztuczne.

    Matryca (przetwornik) to układ wielu elementów światłoczułych przetwarzających padający przez obiektyw obraz na sygnał elektryczny, stosowany w aparatach cyfrowych. Jest to płytka krzemowa, zawierająca elementy światłoczułe (w każdym elemencie światłoczułym znajduje się fotodioda odpowiedzialna za mierzenie natężenia światła), pokryte filtrem CFA (ang. Color Filter Array) w celu rejestracji kolorów. Ponadto matryca światłoczuła pokrywana jest specjalnym zestawem filtrów odcinających fale światła podczerwonego.

    Światłowodowa siatka Bragga (światłowodowy filtr Bragga lub filtr Bragga) to segment światłowodu o długości 1-10 mm, który odbija (zawraca) światło o określonej długości fali. Światło o innych długościach fali jest całkowicie przepuszczane. Takie selektywne odbicie zachodzi dzięki wykonanej w rdzeniu światłowodu strukturze będącej okresową zmianą współczynnika załamania światła. Siatka taka może działać jako filtr optyczny, który blokuje światło o jednej długości fali, oraz jako selektywne zwierciadło..

    Dodano: 08.10.2009. 15:12  


    Najnowsze