Diesjähriger Physik-Nobelpreis für die “Herren des Lichts”
Heute wurde von der schwedischen Akademie der Wissenschaften in Stockholm verkündet, wer den diesjährigen Nobelpreis für Physik erhalten wird.
Der Physik-Nobelpreis wird dieses Jahr an drei Physiker verliehen, die eine herausragende Rolle in der Entwicklung unserer modernen Informationstechnologie gespielt haben. Gleichsam werden damit zwei Grundpfeiler des modernen Informationszeitalters gewürdigt: Die Entwicklung der Glasfasertechnologie, auf der fast die gesamte globale Datenkommunikation, insbesondere die über das Internet, und Telekommunikation basiert, und die Erfindung des CCDs, eines digitalen Bildsensors, der heute aus der modernen bildgebenden Technologie nicht mehr wegzudenken ist.
Der Preis geht zur Hälfte an Charles Kao, der ehemals an den Standard Telecommunication Laboratories in England und der Chinesischen Universität in Hong Kong forschte. Er wird „für seine grundlegenden Errungenschaften bei der Übertragung von Licht in Glasfasern zur optischen Kommunikation“ ausgezeichnet, wie es in der Presseerklärung des Nobelpreiskomitees heißt. Kaos Entdeckungen haben den Weg geebnet für die optische Glasfasertechnologie, die heute für fast die gesamte Telefon- und Datenkommunikation verwandt wird.
Die andere Hälfte des Nobelpreises geht gemeinschaftlich an die Physiker Willard Boyle and George Smith von den Bell Laboratories in New Jersey für ihre Erfindung des CCD (Charge-Coupled Device) Sensors. Der CCD ist eine bildgebende Halbleiter-Einheit, die vor allem die Fotografie und die bildgebenden Verfahren revolutionierte.
Charles Kao und seine Vision vom Lichtleiter
Für uns ist es selbstverständlich, dass über das Internet heutzutage Informationen quasi instantan übermittelt werden. Über Glasfaserkabel werden Informationen in kürzester Zeit um den gesamten Globus verbreitet. Diesen Errungenschaften der modernen Technologie mussten jedoch einige Entdeckungen vorausgehen.
Das Phänomen des Leitens von Licht in Medien, indem man das Konzept der totalen inneren Reflexion verwendet, ist schon seit Frühzeiten bekannt.
Lichtleitung in einem Wasserstrahl wurde 1841 an der Universität von Genf von D. Colladon demonstriert und auch von J. Tyndall 1854 auf einen Vorschlag von Michael Faraday hin.
Tritt Licht von einem Medium mit einem größeren Brechungsindex in ein anderes mit kleinerem Brechungsindex ein, dann wird das Licht komplett wieder reflektiert, wenn der Einfallswinkel einen bestimmten kritischen Winkel übersteigt. Dieses Phänomen der sog. Totalreflexion bildet die Grundlage für optische Wellenleiter und die Glasfasertechnologie, bei der Licht in Glasfasern mit einem höheren Brechungsindex als demjenigen der Umgebung gefangen wird.
Die ersten Ideen der Anwendung von Lichtleitung in Glasfasern, in kleinen Glasstäben, geht auf die späten 1920er Jahre zurück. Reine Glasfasern waren jedoch ziemlich durchlässig und übertrugen nicht viel Licht. Erst Anfang der 1950er Jahre stellte man fest, dass eine Ummantelung der Glasfasern die Lichtleitung durch eine totale innere Reflexion möglich machte. Für die Kommunikation über weite Distanzen waren diese Glasfaserkabel jedoch nicht geeignet.
Die Erfindung des Lasers 1960 von Arthur Schawlow und Charles Townes, für den sie den Nobelpreis erhielten, brachte die Glasfasertechnologie zwar einen entscheidenden Schritt voran. Ein Laser produziert einen intensiven und stark focussierten Lichtstrahl, den man in eine dünne Glasfaser einführen konnte.
Doch die zu jener Zeit bereits vorhandenen Glasfasern besaßen eine sehr große Dämpfung: Nach dem Lichtdurchgang durch die Faser über eine Länge von 20 Metern war lediglich noch
1 % des eingebrachten Lichts vorhanden. So war kaum eine Datenübertragung über lange Strecken möglich.