פרס נובל לפיסיקה לחלוצי התקשורת האופטית וחיישני ה-CCD

האקדמיה המלכותית השבדית למדעים החליטה להעניק את פרס נובל בפיסיקה לשנת 2009 בשני חלקים, מחצית הפרס ניתנה לפרופ' צ'ארלס קאו מהונג קונג שפיתח את הסיבים האופטיים והמחצית השניה תחולק בין ויליארד בוייל וג'ורג' סמית ממעבדות בל בניו ג'רזי שפיתחו את ה-CCD

האקדמיה המלכותית השבדית למדעים החליטה להעניק את פרס נובל בפיסיקה לשנת 2009 בשני חלקים, מחצית הפרס ניתנה לפרופ' צ'ארלס קאו החוקר במעבדות תקינת התקשורת בהארלו, בריטניה ובאוניברסיטה הסינית של הונג קונג “על השגים פורצי דרך בהעברת אור בסיבים אופטיים לתקשורת אופטית.” המחצית השניה תחולק בין ויליארד בוייל וג'ורג' סמית ממעבדות בל בניו ג'רזי עבור החדשנות בתחום ההדמיה על מעגלים של מוליכים למחצה- חיישני ה-CCD.

הזוכים תרמו בנפרד לשני השגים מדעיים שסייעו לעצב את התשתית לחברת הרשת של היום. הם פיתחו חדשנויות מעשיות לחיי היום יום שלנו ופיתחו כלים חדשים למחקר המדעי.

בשנת 1966, גילה צ'ארלס קאו את התגלית שהובילה לפריצת הדרך בתחום התקשורת האופטי. הוא חישב בזהירות כיצד להעביר אור על פני מרחקים גודלים באמצעות סיבים אופטיים העשויים מזכוכית. בזכות הפיתוח הזה נהיה אפשרי להעביר אותות אור על פני מאה קילומטרים, בהשוואה ל-20 מטרים בכבלים שהיו זמינים עד לשנות השישים.

ההתלהבות של קאו נתנה השראה לחוקרים אחרים לחלוק את החזון שלו, שעבר לייצור המוני רק ארבע שנים מאוחר יותר, ב-1970. הסיבים האופטיים של היום מאפשרים להעביר את כל התקשורת ולקיים את החברה המקושרת בה אנו חיים והיא נושאת כיום בכל תעבורת האינטרנט, הטלפוניה, תמנות, טקסטים, וידאו והכל בחלקיקי שניה.

אילו היינו מודדים את אורכם המצטבר של הסיבים האופטיים המקיפים את העולם, נגיע ללמעלה ממיליארד קילומטרים – מספיק כדי להקיף את כדור הארץ 25 אלף פעמים ואורך זה גדל באלפי קילומטרים בכל שעה.

כאמור חלק ניכר מתעבורת האינטרנט מורכבת מתמונות דיגיטליות, דבר הנוגע למחצית השניה של הפרס. בשנת 1969 פיתחו ויליארד בויל וג'ורג' סמית את החיישן הדיגיטלי הראשון (CCD  ראשי תיבות של Charge-Coupled Device. ה-CCD משתמש באפקט הפוטואלקטרי שבתיאוריה שלו עסק  אלברט אינשטיין ואשר עליה זכה בפרס נובל לשנת 1921. באמצעות אפקט זה, האור הופך לאותות חשמליים. האתגר בתכנון חיישן התמונה היה בקריאת כמויות גדולות של נקודות תמונה או פיקסלים בזמן קצר.

ה-CCD הוא העין האלקטרונית של המצלמות הדיגיטאליות. הוא גרם למהפכה בענף הצילום, משום שניתן ללכוד את האור בדרך אלקטרונית במקום על סרט. טכנולוגית ה-CCD גם משמשת ביישומים רפואיים רבים, לדוגמה צילום בתוך גוף אדם, הן לאבחון והם בסיוע לניתוחים מיקרוסקופיים.

צילום דיגיטאלי הפך לכלי חסר תחליף בתחומי מחקר רבים. ה-CCD סיפק יכולות חדשות לצפות בדברים שקודם היו נסתרים. הוא נתן לנו תמונות ברורות של מקומות רחוקים ביקום כמו גם בעומק האוקיאנוסים.