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StartseiteForschung aktuellLicht an für die Physik-Nobelpreise 200906.10.2009

Licht an für die Physik-Nobelpreise 2009

Charles K. Kao erhält Auszeichnung für seine Arbeiten zur der Glasfasertechnik

Charles K. Kao zur Hälfte sowie Willard S. Boyle und George E. Smith zu je einem Viertel sind die Träger des Nobelpreises für Physik 2009. Kao leistete wichtige Grundlagenforschung in der Lichtleitertechnik, während Boyle und Smith den CCD-Sensor erfanden, das elektronische Auge der ersten Digitalkamera.

Akademiesekretär Gunnar Öquist gibt in Stockholm die Gewinner des Nobelpreises für Physik bekannt: Charles K. Cao, Willard S. Boyle und George E. Smith (v.l.n.r.) (AP)
Akademiesekretär Gunnar Öquist gibt in Stockholm die Gewinner des Nobelpreises für Physik bekannt: Charles K. Cao, Willard S. Boyle und George E. Smith (v.l.n.r.) (AP)

Charles K. Kao aus Hongkong legte mit seiner Forschung 1966 den Grundstein für die Glasfasernetze von heute. In den 60er-Jahren kannte man zwar schon Glasfaserkabel als Überträger von Informationen per Licht. Diese Kabel hatten jedoch nur eine geringe Reichweite von rund 20 Metern. Sie wurden auch nicht für die Datenübertragung eingesetzt, sondern eher als eine Art Verlängerung des Auges in medizinischen Endoskopen. Kao gelang es, die Reichweite um Größenordnungen zu erweitern, auf über 100 Kilometer. Das gelang ihm vor allem durch Optimierungen des Materials eines Lichtkabels. In einem solchen Kabel wird Licht an einem Ende eingestrahlt. Weil der Mantel des Kabels aufgrund eines Wechsel des Brechungsindexes das Licht spiegelt, kann es nur am anderen Ende wieder heraus. Frühe Kabel wiesen jedoch ein schlechtes Spiegelverhalten auf: Das Licht verlor beim Transport durch das Glas Energie, es wurde gedämpft und daher war die Reichweite gering. Kao berechnete, dass sich mit besonders reinem Glas weitaus höhere Strecken überwinden lassen. Heute sind Milliarden von Kilometern Glasfaserkabel weltweit verlegt und bilden das Rückgrat der internationalen Telekommunikation. Dazu waren allerdings noch weitere Innovationen nötig, etwa um das Licht mit weniger Verlusten überhaupt erst mal ins Kabel zu bringen. Erst 1988 wurde die erste transatlantische Glasfaserverbindung gelegt.

Seit 1974 ist Professor Klaus Petermann vom Institut für Hochfrequenz- und Halbleiter-Systemtechnologien der TU Berlin mit Glasfasertechnik befasst. Schon damals sei Charles Kao der große Mann auf dem Gebiet gewesen, erklärt Petermann in "Forschung Aktuell":

"Der Pionier, auf den im Grunde genommen die gesamte Entwicklung, die gesamte heutige Kommunikation per Internet über weite Strecken letztlich beruht."

Es habe zwar viele Forscher gegeben, die sich schon damals mit der faseroptischen Nachrichtentechnik befasst hätten. Es sei aber völlig offen gewesen, ob es jemals gelingen werde, das Problem der Dämpfung des Lichts in den Fasern in den Griff zu bekommen, so Petermann.

"Wenn Sie sich mal eine Fensterscheibe vorstellen und Sie würden diese Fensterscheibe einen Meter dick machen, vielleicht zwei Meter, drei Meter dick. Dann können Sie sich schon vorstellen, dass es schon nicht mehr so hell ist, wie mit einer normalen Scheibe. Die Reinheit von heutigen Glasfasern ist aber so, dass Sie die Glasscheibe 15 Kilometer dick machen könnten und trotzdem noch gut durchschauen."

Kao habe damals zwar auch keine so reinen Glasfasern zur Verfügung gehabt. Er habe aber in sehr genauen Berechnungen zeigen können, wo die Grenzen der faseroptischen Dämpfung liegen könnten und damit gezeigt, dass es möglich sei, mit Glasfasern Licht über lange Strecken zu übertragen. "Das war für damals eine visionäre Arbeit", sagt Petermann.

[Quellen: Ralf Krauter, Frank Grotelüschen]

Zur Forschung der beiden anderen Physik-Nobelpreisträger 2009, Willard Boyle und George Smith, lesen Sie bitte hier weiter:

Das elektrische Auge <br>Die Nobelpreisträger Willard Boyle und George Smith erfanden den CCD-Sensor
Wie ein CCD-Sensor funktioniert <br>

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