Physik-Nobelpreis 2009
 
Charles K. Kao erhält die eine Hälfte des Preises für seine grundlegenden Modellrechnungen zu optischen Glasfasern, welche er in der zweiten Hälfte der 1960er Jahre zusammen mit G. A. Hockham bei den Standard Telephone Laboratories in England durchführte. Die Glasfasertechnik stellt neben der Entwicklung von Laserdioden als Lichtquellen eine der wichtigen Grundlagen der optischen Übertragungstechnik dar. Glasfasern sind optische Wellenleiter, bei denen das Prinzip der inneren Totalreflexion ausgenutzt wird. Mitte der 1960er Jahre, als Kao seine Arbeiten durchführte, erfolgte die Nachrichtenübertragung über größere Entfernungen noch über Koaxial-Kabel aus Kupfer. Die Glasfasertechnik war noch nicht ausreichend entwickelt und erschien nur wenigen als eine geeignete Möglichkeit, Signale über weite Strecken zu übertragen. Hauptproblem war die hohe Signaldämpfung, welche damalige Fasern noch aufwiesen (etwa 1000 dB/km, d.h. bei einer Übertragungsstrecke von 20 m würde nur 1% der Eingangsleistung am Ende der Strecke ankommen). Die Modellrechnungen von Kao und Hockham besagten, dass die Dämpfung in optischen Glasfasern, welche aus Siliziumdioxid hergestellt werden, durch Streuung und intrinsische Materialverluste (Absorption) erfolgt und theoretische Dämpfungswerte bei geeigneten Wellenlängen deutlich unterhalb von 10 dB/km liegen sollten. Tatsächlich erzielt man heute mit Standardglasfasern bei der Wellenlänge 1,5 Mikrometer Dämpfungswerte von etwa 0,2 dB/km (d.h. bevor die Lichtleistung auf 1% abfällt, kann das optische Signal 100 km Glasfaserstrecke durchlaufen). Damit wurde die theoretische Grundlage für die spätere technische Entwicklung der optischen Nachrichtentechnik geschaffen, welche die heutige globale und preiswerte Kommunikation im Internet ermöglicht.


Literatur: K.C. Kao and G.A. Hockham, "Dielectric-Fibre Surface Waveguides for optical frequencies", Proc. IEEE 113 (1966) 1151.

Willard S. Boyle und George E. Smith teilen sich die zweite Hälfte des Preises für ihre Erfindung des Prinzips von CCD-Kameras. Das CCD-Prinzip (CCD: charge-coupled device) beinhaltet die Erzeugung und Ansammlung von elektrischen Ladungsträgern in diskret angeordneten optoelektronischen Detektorzellen. Die Ladungsinhalte dieser Zellen (Pixel) werden nach dem Prinzip der "Eimerkettenschaltung" weitergegeben und ausgelesen. Boyle und Smith führten ihre Arbeiten ebenfalls in der zweiten Hälfte der 1960er Jahre bei den Bell Laboratorien in New Jersey (USA) durch. Ihre Erfindung stellt eine wichtige Grundlage der heute allgegenäwärtigen Digitalfotografie dar.

W.S. Boyle and G.E. Smith, "Charge coupled semiconductor devices", Bell Systems Technical Journal 49 (1970) 587