Теперь всякий раз, заходя в интернет или нажимая кнопку своего цифрового фотоаппарата (или камерофона), вы будете знать, кому сказать спасибо. В 2009 году лауреатами Нобелевской премии по физике стали учёные, которые приручили свет, научились ловить фотоны и передавать их на далёкие континенты.
На волоконной оптике построена практически вся современная инфраструктура телекоммуникаций и передачи данных, поскольку именно эта технология позволяет передавать данные с большой скоростью и на огромные расстояния. Сам остов современного интернета — это оптоволоконные линии, опоясавшие планету. А начиналось всё в середине 1950-х, когда после изобретения лазера, за которое в 1964 году Нобелевская премия по физике была присуждена Чарльзу Таунсу, Николаю Басову и Александру Прохорову, физики старались найти применение новому инструменту. Оптика тех времён, однако, не отличалась высоким качеством, и свет, пройдя по оптическому кабелю не больше 20 метров, рассеивался на 99%.
В 1966 году инженер из Standard Telecommunication Laboratories в Великобритании Чарльз Као обнаружил причину быстрого рассеяния и придумал, каким образом его можно избежать: свет рассеивался на металлических примесях в стекле. Стекло, очищенное от примесей железа, оказалось более дорогим, но значительно лучшим проводником света.
Поэкспериментировав с разными материалами и лазерами разной длины волны, Као и его коллеги обнаружили, что наиболее подходящим материалом для волокна будет диоксид кремния — именно того материала, который используется в современной электронике. Эксперименты и исследования продолжались уже в знаменитых лабораториях Bell, где и был разработан современный технологический процесс производства недорогого оптоволокна.
Современное оптоволокно даже лучше, чем мог представить в те годы Као. Оно способно проводить свет, рассеивая не более 5% на каждый километр длины. В 1988 году был проложен первый межконтинентальный оптоволоконный кабель длиной 6000 км, связавший Америку с Европой. С течением времени и развитием массового производства волоконная оптика дешевела и теперь уже даже в обычную квартиру некоторые интернет-провайдеры готовы протянуть оптоволокно, которого уложено по всей планете уже больше миллиарда километров.
Выходя в сеть, вы можете быть уверены, что данные, которые получит ваш компьютер или мобильный телефон, непременно пройдут по оптоволокну. Так что половина премиального фонда Нобелевской премии по физике 2009 года (около 700 тысяч долларов), достанется Чарльзу Као совершенно заслуженно.
Другая половина фонда этой премии будет вручена изобретателям устройства, лежащего в основе всей цифровой фотографии — ПЗС-матриц, — Уилларду Бойлу и Джорджу Смиту. Именно они, работая, так же, как и Као, в Bell Labs, в 1969 году придумали, как преобразовать изображение в электрические сигналы.
В основе принципа разработанных физиками устройств лежит фотоэлектрический эффект, за открытие которого, кстати, и получил свою Нобелевскую премию Альберт Эйнштейн в 1921 году. Некоторые материалы, в частности, кремний, под воздействием света начинают испускать электроны. Это принцип работы большинства современных солнечных батарей. В сущности, разработанные Бойлом и Смитом кремниевые чипы — те же солнечные батареи, но только маленького размера и разделённые на ещё более мелкие ячейки, каждая из которых хранит свои собственные электроны, выбитые из кремния светом. И каждая такая ячейка — это пиксель. И чем больше в какой-то из ячеек скопилось электронов, тем интенсивнее будет яркость фрагмента полученной в результате картинке. Электрический заряд из сетки ячеек может быть считан и уже дальше преобразован в изображение.
Воспринимая весь электромагнитный спектр — от теплового излучения до рентгеновских лучей — ПЗС-матрицы способны собирать до 90% падающих на них фотонов, в отличие от фотоплёнки или человеческого глаза, которые воспринимают не более 1% света. Уже в начале 1970-х годов Бойл и Смит пошли дальше, разработав прототип цифровой видеокамеры. Астрономы приспособили изобретение физиков для съёмки отдалённых небесных тел — им как раз требовались высокочувствительные устройства. А уже в начале 1980-х годов Sony наладила массовое производство цифровых фотоаппаратов: так началась эра современной цифровой фотографии.
Щёлк! И пойманные матрицей фотоаппарата фотоны уже превратились в электрические импульсы, а те — в байты информации. А ещё через пару секунд, нужных, в сущности, только для того, чтобы не оставлять место для темы письма пустым, фотография, пропутешествовав половину планеты по оптоволокну, попадает от вашего друга на другом континенте к вам в ящик электронной почты. Эта скорость — заслуга трёх физиков, почти сорок лет назад придумавших, как приручить свет.
ОТПРАВИТЬ:
| Читать @chaskor |
