Diesjähriger Physik-Nobelpreis für die “Herren des Lichts”
Die große Herausforderung jener Zeit, von der auch Charles Kao angesteckt wurde, bestand nun darin, diesen hohen Verlust zu reduzieren. Als er in den 1960er Jahren in den Standard Telecommunication Laboratories in Harlow in der Nähe von London forschte, bestand sein erklärtes Ziel darin, mindestens 1% des Lichts, das in eine Glasfaser eintrat, auch nach einer Strecke von 1 km noch vorzufinden. 1966 veröffentlichte er seine bahnbrechende Entdeckung: Er hatte herausgefunden, dass die hohe Dämpfung auf Verunreinigungen im Glasmaterial der Faser zurückzuführen war, vor allem auf Verunreinigungen durch Eisenionen.
Auch wenn die Reinigung des Glases zur damaligen Zeit ein schwieriges Unterfangen darstellte, so versprach die Glasfaserleitung doch eine wesentlich höhere Kapazität verglichen mit den bisher gängigen Koaxialkabeln oder Radiosystemen. Kaos Optimismus und Enthusiasmus steckte auch andere Forscher an. Seine Vision sollte dazu führen, dass die Glasfasertechnologie heute die herausragende Bedeutung erlangt hat, die unsere moderne Informationsgesellschaft prägt.
1971 gelang es Wissenschaftler bei der US-amerikanischen Glasmanufaktur Corning Glass Works, eine 1 km lange Glasfaser über einen chemischen Prozess, der CVD (Chemical Vapor Deposition) genannt wird, zu produzieren, was innerhalb von wenigen Jahren dazu führte, dass immer geringere Dämpfungen des Lichts über lange Strecken möglich wurden.
Heutzutage ist nach der Ãœbertragung in einer 1 km langen Glasfaserleitung immer noch etwa 95 % des eingestrahlten Lichts vorhanden.
Seit 1989 werden auch Glasfasern hergestellt, die zusätzlich eine Verstärkung des Lichts im Leiter ermöglichen. Damit nahm die Datenübertragung über mehrere Tausend Kilometer, z. B. über den Pazifik oder Atlantik, ihren Anfang. Die ersten optischen Glasfasern, die nicht-experimentellen Zwecken dienten, wurden 1975 in Großbritannien installiert und danach in den USA und Japan. 1988 wurde das erste optische Transatlantikkabel aus Glasfasern mit einer Länge von 6000 m zwischen den USA und Europa auf dem Grund des Atlantiks verlegt.
Die Glasfasertechnologie ist aus unserer modernen Informationsgesellschaft nicht mehr wegzudenken. Insbesondere die Datenkommunikation über das Internet und die Telekommunikation über weite Distanzen basiert heute in erster Linie auf der optischen Glasfasertechnologie. Aber sie findet auch Anwendung in der Medizin oder etwa der Lasertechnologie. Die Übertragung von Daten über Glasfaserkabel bietet viele Vorteile. Im Gegensatz zu Radiowellen ermöglichen die wesentlich höheren Frequenzen von optischen Wellen eine sehr hohe Datenübertragungsrate. Heute wird für die Kommunikation über weite Distanzen infrarotes Licht einer Wellenlänge von 1,55 Mikrometern verwandt. Die Übertragung über Kupferkabel z. B. bietet keine so hohe Bandbreite und ist auch mit höheren Verlusten verbunden.
Außerdem ist die Übertragung über Glasfaserkabel relativ unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen, die durch technische Geräte, Gewitter oder Sender ausgelöst werden können.
Ein digitaler Bildsensor leitet eine Revolution ein
Ungefähr zur selben Zeit, als Charles Kao die Geburtsstunde der Glasfasertechnologie einläutete, setzte auch die Suche nach neuen Bild- und Speichertechnologien ein.
1969 erfanden William Boyle und George Smith von den Bell Laboratories in New Jersey den ersten digitalen Bildsensor, den CCD (Charge-Coupled Device, ladungsgekoppeltes Bauteil), ein lichtempfindliches Halbleiterbauelement, das Informationen über einfallendes Licht als Ladungsansammlungen speichert und weiterleitet.
Diese Erfindung sollte die bildgebende Technologie grundlegend revolutionieren.
Die CCD-Technologie basiert auf dem sog. photoelektrischen Effekt, kurz Photoeffekt, der von Heinrich Hertz im Jahr 1887 entdeckt wurde und für dessen Erklärung Albert Einstein 1921 den Physik-Nobelpreis erhielt. Fällt Licht auf eine Metalloberfläche, so werden aus dem Material durch die Absorption der Lichtquanten, der Photonen, Elektronen, also Ladungsträger, herausgelöst.