La fibra òptica i la digitalització d’imatges (Charles K. Kao, Willard S. Boyle, George E. Smith, Premi Nobel de Física – 2009)

El Premi Nobel de Física ha recaigut en Charles K. Kao “per assoliments pioners pel que fa a la transmissió de llum en fibres per a la comunicació òptica” i en Willard S. Boyle i George E. Smith “per la invenció d’un circuit semiconductor d’imatge – el sensor CCD”. Dues aportacions fonamentals, doncs, de l’anomenada revolució digital.

Charles K. Kao

Kao Kuen (*Xangai, 4.11.1933), més tard conegut com a Charles K. Kao, es va formar a Hong Kong, i estudià enginyeria elèctrica a l’Imperial College (Londres), on s’hi graduà el 1957. Els treballs pels quals ha estat guardonat amb el Premi Nobel els va realitza particularment a mitjans dels anys 1960, per a la tesi doctoral en enginyeria elèctica (obtinguda el 1965), i que van donar lloc a diverses publicacions, les més rellevants en col·laboració amb George A. Hockham. En faltar Hockham, Kao rebrà la meitat del guardó corresponent a la fibra òptica ultrapura.

La recerca de Kao s’inseria en el desenvolupament de noves tecnologies de cablejat, que és justament el que buscaven a l’Standard Telecommunications Laboratories, de Harlow, el centre de recerca de l’Standard Telephones and Cables (STC). Potseriorment Kao ha estat director de recerca de la ITT, ha dirigit l’empresa translacional Transtech i, en l’actualitat, és al capdavant d’ITX Services, sempre amb la vista posada en la innovació tecnològica en les transmissions de dades.

Willard S. Boyle

Willard S. Boyle (*Amherst, Nova Scotia, 19.8.1924) pertany a la generació que es va graduar després d’haver passat per les forces armades en el darrer període de la Segona Guerra Mundial. Es va llicenciar en física el 1947, va fer el mestratge el 1948 i es doctorà el 1950, tot en temps record i en la McGill University. Va fer una estada postdoctoral d’un any al Canada’s Radiation Lab i després va aconseguir una plaça docent de física en el Royal Military College de Canada (1951-52). El 1953 va ser contractat per Bell Labs, i treballà en diversos projectes òptics. Uns dels més reeixits foren, el 1962, el primer làser de rubí funcional, obtingut en col·laboració amb Don Nelson, o el primer làser semiconductor d’injecció. El 1962 esdevingué el director d’Estudis de Ciència i Exploració de l’Espai de la Bellcomm, organisme que participà en els preliminars del programa Apol·lo. El 1964 tornava a Bell Labs, per dirigir un projecte de desenvolupament de circuits integrats. En el marc d’aquest projecte, juntament amb George E. Smith inventaren el dispositiu acoblat de càrrega (CCD). El 1975 assumí el càrrec de director executiu de recerca de Bell Labs fins el 1979, quan es retirà de la companya amb 55 anys i amb gairebé un quart de segle d’antiguitat. De nou a Nova Scotia, a banda de recerca en fotoelectrònica, ha estat membre dels consells del Canadian Institute of Advanced Research i del Science Council de Nova Scotia.

George E. Smith

George Elwood Smith (*White Plains, NY, 10.5.1930) es va graduar en física a la Universitat de Pennsylvania (1955) i es doctorà a la Universitat de Xicago (1959). Finalitzat el doctorat va treballar per a Bell Labs, successivament en diferents projectes sobre làsers i semiconductors, fins el 1986. El més conegut d’aquests projecte fou l’esmentat CCD, patentat juntament amb Willard Boyle (1969).

L’aplicació de la fibra òptica en les telecomunicacions: l’aportació de Charles K. Kao i George A. Hockham

A mitjans dels anys 1960, la tecnologia de material ja oferia la possibilitat de fabricar fibra de vidre capaç de transmetre la llum, a través d’un joc de reflexos, amb forta precisió fins i tot en fibres de 20 metres de llargada: cosa que ja havia donat els primers fruits en el camp de l’endoscopia mèdica. Charles K. Kao va demostrar que hom podia anar més lluny, i va calcular quin disseny havien de tenir fibres de fins a 100 km de longitud per transmetre senyals lluminosos amb una alta precisió (per sota de 20 dB/km). Els càlculs de Kao i George A. Hockham, publicats el 1966, foren duts a la pràctica el 1970 amb l’obtenció de la primera fibra de vidre ultrapura a la Corning Glass Works.

De mica en mica, la fibra òptica va guanyar espai en les telecomunicacions. I mentre la fibra òptica n’esperonava el desenvolupament, el mateix desenvolupament de les telecomunicacions estenia l’ús de la fibra òptica, ja inseparable al tràfec de dades de tota mena (telefonia convencional, intercanvi de d’arxius digitalitzats, etc.). La longitud de la xarxa de fibra de vidre es calcula en l’actualitat de 1.000 milions de km (és a dir que podria anar i tornar de la Terra al Sol unes tres vegades) i creix a un ritme de gairebé un 1% anual.

La digitalització d’imatges: el sensor CCD

En la mateixa època que, amb els càlculs de Kao es dissenyaven les fibres òptiques ultrapures que havien de revolucionar el món de les telecomunicacions, Willard S. Boyle i George E. Smith inventaren el dispositiu d’acoblament de càrrega (CCD, en l’acrònim anglès) que, patentat el 1969, constituïa un dels primers intents de fotosensor digital. No era ben bé el primer, però si el més reeixit dels primers. Partien de l’efecte fotoelèctric postulat per Albert Einstein, i que ja havia donat lloc a les primers cèl·lules fotoelèctriques. Però les cèl·lules fotoelèctriques capten llum i prou. Són com els primitius ocels que trobem en alguns invertebrats marins. Calia passar de la fotocepció a l’obtenció d’imatges digitals que oferissin un mínim de qualitat en relació a les imatges analògiques de la fotografia inventada en els anys 1820s. De la mateixa manera que la retina es troba integrada per un tapís de cèl·lules fotoreceptores, calia dissenyar un dispositiu que aplegués simultàniament en un tapís de “píxels” la llum de l’entorn.

Quaranta anys després, la fotografia i la videografia digitals són ubíques. Una raó és que ja no cal trastejar amb pel·lícules fotogràfiques com fa 10 o 20 anys. Per comptes d’això, hom obté un arxiu de dades, més fàcil de processar (editors d’imatges), d’emmagatzemar i de transmetre. Justament són dades en suport electrònic les que traduïdes fotònicament, viatgen per les fibres òptiques.

Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada