Natuurkunde: glasvezel en elektronisch oog

De Nobelprijs voor natuurkunde is toegekend aan drie Amerikaanse fysici die aan de basis stonden van onze digitale netwerkmaatschappij. Het gaat om twee verschillende uitvindingen.

Wie wonnen en wat vonden ze uit?

Charles Kao (1933) legde in 1966 het fundament voor glasvezeltechnieken. Hij rekende toen voor het eerst uit dat het mogelijk moest zijn om lichtpulsen minstens honderd kilometer door een vezel van heel zuiver glas te laten reizen. De in die tijd bestaande vezels droegen licht slechts twintig meter ver.

Willard S. Boyle (1924) en George E. Smith (1930) ontwikkelden in 1969 bij AT&T Bell Labs de eerste CCD-chip – het ‘elektronische oog’ in honderden miljoenen digitale camera’s, in elektronenmicroscopen en telescopen. CCD-chips zetten licht om in elektrische lading via het zogeheten foto-elektrisch effect. Voor zijn theoretische voorspelling van dat effect kreeg Einstein in 1921 de Nobelprijs.

Wat is het praktische nut?

In de CCD van Smith en Boyle wordt het foto-elektrisch effect gebruikt om lichtsignalen elektronisch vast te leggen in een groot aantal beeldpunten die later weer uitgelezen kunnen worden. Dat levert digitale beelden die heel makkelijk te verspreiden zijn, en de chips konden op plaatsen komen – zelfs in het menselijk lichaam – die eerder niet voor mogelijk werden gehouden. „De CCD heeft ons kristalheldere beelden opgeleverd van ver in de kosmos tot diep in de oceaan”, zei het Nobelcomité.

Charles Kao’s werk maakte ook anderen enthousiast voor glasvezeltechnieken, wat in 1970 leidde tot de eerste glasvezel. Nu, in 2009, zouden de glasvezels die in licht verpakte digitale informatie dragen, allemaal achter elkaar gelegd, ruim een miljard kilometer overspannen: 25.000 keer de aarde rond.