В роботі нобелівського комітету спостерігається деяка циклічність - премії з фізики чергуються: фізика елементарних частинок або космологія, фізика конденсованого стану, оптика. Тому присудження премії в цьому році оптиках було цілком передбачуваним подією.
Нобелівською премією відзначені два наукових досягнення, які формують основу сьогоднішніх інформаційних технологій; вони визначили безліч практичних нововведень нашого щоденного життя і дали принципово нові інструменти для наукового дослідження.
Половина премії дісталася Чарльзу К. Као за основоположні дослідження передачі світла по волокну для оптичних комунікацій. Другу половину премії розділили Віллард С. Бойл і Джордж Е. Сміт за винахід напівпровідникової схеми перетворення зображень - ПЗС- матриці.
Принцип передачі світла усередині оптоволокна був вперше продемонстрований ще в кінці 19-го століття, але розвиток сучасних оптоволокон почалося тільки в 1950-х роках, після винаходу лазера, за яке в 1964 році Нобелівська премія з фізики була присуджена Ч.Таунсу, Н.Басову і А.Прохорова. Оптика тих часів, однак, не відрізнялася високою якістю, і світло, пройшовши по оптичному кабелю максимум 20 метрів, розсіювався на 99%.
У 1966 році інженер Чарльз Као в Великобританії виявив причину швидкого розсіювання і придумав, яким чином його можна уникнути: світло розсіювався на металевих домішках в склі. Скло, очищене від домішок заліза, виявилося дорожчим, але значно кращим провідником світла. З волокном з найчистішого скла стало можливим передавати сигнали більш ніж на 100 кілометрів. Перше ультрачистому волокно було успішно зроблено тільки через чотири роки, в 1970 р
Поекспериментувавши з різними матеріалами і лазерами різної довжини хвилі, Ч.Као і його колеги виявили, що найбільш відповідним матеріалом для волокна є діоксид кремнію - це саме той матеріал, який використовується в сучасній електроніці. Експерименти і дослідження тривали вже в знаменитих лабораторіях Белла, де і був розроблений сучасний технологічний процес виробництва недорогого оптоволокна.
Складається оптоволокно з центрального провідника світла (серцевини) - скляного волокна, оточеного іншим шаром скла - оболонкою, яка має меншим показником заломлення, ніж серцевина. Поширюючись по серцевині, промені світла не виходять за її межі, відбиваючись від покриває шару оболонки. У оптоволокне світловий промінь зазвичай формується напівпровідниковим або доданими лазером. Залежно від розподілу показника заломлення і від величини діаметру сердечника оптоволокно підрозділяється на одномодове і багатомодове.
Сучасне оптоволокно виявилося навіть краще, ніж міг уявити в ті роки Ч.Као. Воно здатне проводити світло, розсіюючи не більше 5% на кожен кілометр довжини. У 1988 р був прокладений перший міжконтинентальний оптоволоконний кабель довжиною 6000 км, що зв'язав Америку з Європою. З плином часу і розвитком масового виробництва волоконна оптика дешевшала, і тепер уже навіть в звичайну квартиру деякі Інтернет-провайдери готові простягнути оптоволокно, якого укладено по всій планеті вже більше мільярда кілометрів.
Оптоволокно може бути використано і як датчик для вимірювання напруги, температури, тиску та інших параметрів. Малий розмір і фактична відсутність необхідності в електричній енергії, дає оптоволоконним датчикам перевага перед традиційними електричними в певних областях.
У 1969 р Віллард Бойл і Джордж Сміт винайшли першу успішну технологію перетворення оптичного зображення в електричні сигнали, використовуючи оригінальний цифровий датчик - прилад із зарядним зв'язком (ПЗС-матриця). В основі дії цих пристроїв лежить фотоелектричний ефект, за відкриття якого А. Ейнштейн в 1921 р також отримав Нобелівську премію.
Деякі матеріали, зокрема, кремній, під впливом світла починають випускати електрони. Це принцип роботи більшості сучасних сонячних батарей. По суті, розроблені У.Бойл і Дж.Смит кремнієві чіпи - ті ж сонячні батареї, але тільки маленького розміру і розділені на ще більш дрібні осередки (пікселі), кожна з яких зберігає свої власні електрони, вибиті з кремнію світлом. І чим більше в якоїсь із осередків накопичилося електронів, тим інтенсивніше буде яскравість фрагмента в отриманої в результаті зображенні. Електричний заряд з сітки осередків може бути лічений і вже далі перетворений в зображення.
Прилади з зарядовим зв'язком почали своє життя як пристрої пам'яті, в яких можна було тільки помістити заряд у вхідний регістр пристрою. Однак здатність елемента пам'яті пристрою отримати заряд завдяки фотоелектричного ефекту зробила таке застосування ПЗС пристроїв основним.
Спіймані матрицею фотоапарата фотони перетворюються в електричні імпульси, а ті - в байти інформації. А ще через пару секунд фотографія, Долетівши половину планети по оптоволокну, потрапляє від вашого друга на іншому континенті до вас в ящик електронної пошти. Це чудо - заслуга трьох фізиків, майже сорок років тому придумали, як зупинити і передати світло. Зокрема, і під час написання цієї замітки істотно використовувалися дані і можливості Інтернет.
Віллард Стерлінг Бойл. народився в 1924 р в Амхерсті, Канада. Канадський і американський громадянин. Доктор філософії з фізики Університету Макгілла, Канада, з 1950 р керівник підрозділу Лабораторій Белла, США. У відставку з 1979 р
Джордж Сміт. народився в 1930 р в США. Американський громадянин. Доктор філософії з фізики Університету Чикаго з 1959 р глава відділу Лабораторій Белла, США. У відставку з 1986 р