Stichting FOM
Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Gabby Zegers
6 oktober 2009
Nobelprijs voor de natuurkunde 2009 voor fundamenteel onderzoek naar licht:
Kao, Boyle en Smith delen de prijs
De Nobelprijs voor de natuurkunde 2009 is toegekend aan Charles K. Kao
( China/UK), Willard S. Boyle (USA) en George E. Smith (USA). Kao
ontvangt de prijs voor zijn bijdrage aan de ontwikkeling van
glasvezels voor optische communicatie, Boyle en Smith voor de
ontwikkeling van de CCD sensor. Kao ontvangt de helft van de prijs
van in totaal bijna een miljoen euro, Boyle en Smith verdelen de
andere helft. In december worden de Nobelprijzen 2009 officieel
uitgereikt in Stockholm.
Albert Polman, directeur van het FOM-instituut AMOLF
reageert enthousiast op deze winnaars: "Kao is echt de pionier van het
vakgebied. Zijn vinding uit de jaren zestig heeft een enorme impact op
de huidige communicatietechnologie. Alle data wordt nu met licht
getransporteerd. Dat kan overigens alleen dankzij de lichtversterkers
die in de jaren tachtig bij Bell Laboratories ontwikkeld werden,
hetzelfde instituut waar ook de andere twee winnaars dit jaar vandaan
komen. Daar gebeurde toen heel veel fundamenteel onderzoek. En twintig
jaar later heeft iedereen het in huis, dat is toch prachtig om te
zien! Het is een fantastisch voorbeeld van hoe fundamenteel onderzoek
tot een onmisbare toepassing leidt. "
Glasvezels
Kao (1933) berekende in 1966 dat licht over tientallen kilometers
getransporteerd kan worden met behulp van glasvezels als het glas maar
zuiver genoeg is. Licht in glasvezels kwam op dat moment niet verder
dan twintig meter en hoewel de vereiste kwaliteit noch de kilometers
lange vezels destijds te maken waren, leidde zijn theorie wel tot een
doorbraak in de glasvezel optica en levert deze hem nu de Nobelprijs
op. Hij inspireerde met zijn theorie andere onderzoekers, waardoor een
paar jaar later al ultraschone en pure glasvezels geproduceerd konden
worden. Samen met de ontwikkeling van lichtversterkers in de jaren
tachtig, leidde dat tot de mogelijkheid om ook over lange afstanden
licht te transporteren. Groot voordeel van glasvezelkabels is dat de
bandbreedte groot is, waardoor veel grotere hoeveelheden data
tegelijkertijd getransporteerd kunnen worden: tegenwoordig alle
telefoongesprekken ter wereld tegelijkertijd! Inmiddels zijn
glasvezelkabels dan ook niet meer weg te denken uit onze maatschappij,
als belangrijke schakel in alle communicatie (telefoon, internet). Er
liggen ook vele kilometers: als alle bestaande glasvezelkabels
aansluitend om de wereld zouden worden gelegd als één lange draad, dan
gaat deze draad 25.000 maal de wereld rond. Ieder uur komen daar
overigens nog enkele kilometers bij.
In Nederland is men inmiddels met de volgende stap hard op weg: om ook
in computers licht te gebruiken. Dit vakgebied, de geïntegreerde
optica, is nog heel nieuw, maar boekt snel vooruitgang. De oprichting
van het Centrum voor Nanofotonica bij het FOM-instituut AMOLF is
daarin een belangrijke stimulans, en versterkt de goede positie van
Nederland op dit gebied. "Wat Kao op grote afstanden wilde, willen wij
nu juist heel klein doen, op een computerchip. Er is nog veel winst te
behalen in de snelheid en hoeveelheid data die een chip kan verwerken.
Kao wist licht te manipuleren op de schaal van een kilometer, wij
proberen het op een schaal van een nanometer, dat is kleiner dan de
golflengte van licht. Ik ben er van overtuigd dat ook dit werk tot
mooie toepassingen leidt over een paar decennia!" zegt Polman.
CCD
Een groot deel van het hedendaagse datatransport via glasvezelkabels
bestaat uit digitale beelden. Het maken van digitale beelden is het
onderwerp van het tweede deel van de Nobelprijs van 2009. Eveneens
eind jaren zestig ontdekten Boyle (1924) en Smith (1930) de eerste
digitale beeldopname techniek: het Charge-Coupled Device (CCD). De
CCD-techniek maakt gebruik van Einstein's theorie van het
foto-elektrisch effect (Nobelprijs 1921), waarbij licht wordt omgezet
in een elektrisch signaal. De uitdaging bij het ontwikkelen van een
digitale beeldsensor lag in het verzamelen van het signaal en dit
vervolgens uitlezen voor een groot aantal beeldpunten (pixels) in een
korte tijd.
Inmiddels is de CCD bekend als het elektronisch oog van digitale
camera's en is het verwerken en verspreiden van beeldmateriaal heel
veel makkelijker geworden. Daarnaast zijn door deze techniek ook veel
nieuwe ontdekkingen gedaan, doordat nu zichtbaar werd wat eerder niet
te zien was. CCD-techniek wordt daarom veel gebruikt in medische
instrumenten, bij wetenschappelijk onderzoek en heeft de fotografie
radicaal veranderd.
Jan Visser was zelf betrokken bij de ontwikkeling van CCD-producten en
is nu onderzoeker bij het FOM-instituut Nikhef in Amsterdam. Hij ziet
nog steeds een belangrijke rol voor de CCD-ontdekking uit de jaren
zestig: "CCD-technologie is jaren de enige techniek geweest voor het
maken van digitale foto's. Daarnaast zijn nu de CMOS camera's gekomen,
waar ook in Nederland onderzoek aan wordt gedaan omdat de
verwachtingen hoog zijn. Bij Nikhef is vorig jaar een project
gehonoreerd dat zich hierop richt, een belangrijke impuls voor het
onderzoek. Maar totdat daar goede resultaten uit komen is in de
wetenschappelijk wereld en voor toepassingen die hoge kwaliteit
vereisen de CCD-camera nog steeds nummer één. Niet voor niks een
Nobelprijs dus!"
Meer informatie
Meer informatie vindt u op: www.nobelprize.org en over eerdere
Nobelprijzen voor de natuurkunde op:
http://www.fom.nl/live/nieuws/nobelprijzen/artikel.pag?objectnumber=21
140&referpagina=21788