Nobel-díj a fizikában 2018-ban
A Nobel-bizottság munkájában van egy bizonyos ciklikusság: a fizikai díjak váltakoznak: az elemi részecskék vagy a kozmológia fizikája, a kondenzált állapot fizikája, az optika. Ezért az idei díj az optikusok számára meglehetősen kiszámítható esemény volt.
A Nobel-díj elismeri két tudományos eredményt, amelyek a mai információs technológiák alapját képezik; sok mindennapi életünk gyakorlati innovációját határozta meg, és alapvetően új eszközöket biztosított a tudományos kutatás számára.
A díj fele Charles K. Kao-nak az optikai kommunikáció száloptikai átvitelének alapkutatásához. A díj második felét Willard S. Boyle és George E. Smith osztotta meg a félvezető képátalakító áramkör - a CCD-tömb feltalálásával.
Az elv a fényáteresztés száloptika először bizonyította a 19. század végén, de a korszerű optikai szálak kezdődött csak az 1950-es, feltalálása után a lézer, melyek az 1964-es fizikai Nobel-díjat kapta Ch.Taunsu, N.Basovu és A. Prokhorov. Optika azokat az időket, azonban nem különbözteti meg a kiváló minőségű, és a rajta áthaladó fény a szál nem több, mint 20 méter, szétszórt 99% -kal.
1966-ban Charles Kao mérnök az Egyesült Királyságban felfedezte a gyors szétszóródás okát, és kiderült, hogyan kerülhető el: az üvegen fémes szennyeződések szétszórtak. A vas-szennyeződésektől mentes üveg drágább, de sokkal jobb, fényvezető lett. A legtisztább üvegből készült szálakkal 100 km-nél több jelet lehetett küldeni. Az első ultrapure rostot sikeresen gyártották csak négy évvel később, 1970-ben.
Miután kísérletezik különböző anyagok és különböző hullámhosszúságú lézerrel Ch.Kao és munkatársai megállapították, hogy a legalkalmasabb anyag a szálak szilícium-dioxid - ez az anyag, hogy használják a modern elektronika. Kísérleteket és kutatást folytattak a jól ismert Bell laborokban, ahol korszerű technológiai folyamatot fejlesztettek ki az olcsó rost előállítására.
Ez áll egy központi száloptikai fényvezetőn (core) - üvegszál körülvéve egy másik réteg az üveg - egy héjat, amelynek egy kisebb törésmutatójú a mag. A magra terjedve a fénysugarak nem lépik túl a határait, és a héj fedőrétegéből visszaverődnek. Az optikai szálakban a fénysugarat általában egy félvezető vagy dióda lézer képezi. A törésmutató eloszlásától és a magátmérőtől függően az optikai szál egyetlen üzemmódra és multimódusra van osztva.
A modern szál még jobbnak bizonyult, mint amit C. Cao ebben az években képviselt. Képes fényt vezetni, legfeljebb 5% -kal terjedhet kilométerenként. 1988-ban elindult az első, 6000 km hosszú, interkontinentális optikai kábel, amely Amerikát összekapcsolta Európával. Az idő múlásával és a fejlesztés a tömegtermelés száloptika lett olcsóbb, és most még egy lakásban, néhány internetes szolgáltatók készek nyúlik a rost, amely meghatározott szerte a világon több, mint egy milliárd kilométert.
A szál használható érzékelőként is használható a feszültség, hőmérséklet, nyomás és egyéb paraméterek mérésére. A kis méret és az elektromos energia szükségletének virtuális hiánya miatt az optikai szenzorok bizonyos területeken előnyt élveznek a hagyományos elektromos készülékekkel szemben.
1969 g. Willard Boyle és George Smith találta fel az első sikeres optikai kép transzformációs technológia elektromos jelekké segítségével eredeti digitális szenzor - töltéscsatolt eszköz (CCD). A művelet ezeknek az eszközöknek a fotoelektromos hatás, amely a felfedezés Albert Einstein 1921-ben is megkapta a Nobel-díjat.
Néhány anyag, különösen a szilícium, a fény hatására elektronokat bocsát ki. Ez a legmodernebb napelemek működési elve. Lényegében, a fejlett és U.Boylom Dzh.Smit szilícium chipek - azonos napelemek, de csak kis mennyiségben, és osztva több kisebb sejtek (pixel), amelyek mindegyike tárolja saját elektronok kilökődik a szilícium fényt. És minél több elektron halmozódik fel az egyik cellában, annál intenzívebb lesz a fragmens fényessége a képen. A cellák rácsából származó elektromos töltés olvasható és átalakítható tovább.
A töltéssel összekapcsolt készülékek megkezdték életüket memóriaeszközökként, amelyekben csak a készülék bemeneti regiszterében tölthettek be díjat. Azonban az eszköz memóriaelemének képessége, hogy a fotoelektromos effektus miatt töltést kap, ezt a CCD eszköz alkalmazását a főbbé tette.
A fényképezőgép mátrixának hatására a fotonok elektromos impulzusokká alakulnak át, az információ bájtokká. És néhány másodperc múlva a fotót, miután a bolygó felét szálon szállította, egy másik kontinensen levő barátodtól kap egy e-mail fiókban. Ez a csoda - három fizikus érdeme, majdnem negyven évvel ezelőtt jött létre, hogyan állítsanak le és adjanak fényt. Különösen a jegyzet megírása során lényegesen használták az adatokat és az internetet.
Willard Sterling Boyle. 1924-ben született Kanadában, Amherstben. Kanadai és amerikai állampolgár. Fizika Filozófia Doktora, a McGill Egyetem, Kanada, 1950 óta a Bella Laboratóriumi Intézet vezetője. 1979-től nyugdíjas.
George Elwood Smith. 1930-ban született az Egyesült Államokban. Amerikai állampolgár. A Chicagói Egyetem Fizika Filozófiájának Doktora 1959 óta, a Bell Laboratóriumi Tanszék vezetője, USA. 1986-tól nyugdíjas.