【2009 Nobel系列報導七】光之大師:光纖與電荷耦合元件

2009 年諾貝爾物理獎官方新聞稿中譯

CCD是數位相機裡不可或缺的部分
CCD是數位相機裡不可或缺的部分

CASE記者fusa、MissZoe◎翻譯

今年的諾貝爾物理獎頒給了兩項形塑今日網路社會基礎的科學成就。它們不僅改變了人們的日常生活,也提供科學探索嶄新的工具。1966年,高錕的研究帶來了光纖領域的重大突破。他仔細地推算如何透過光學玻璃纖維將光傳導到遠處。高純度玻璃構成的纖維能傳播光訊號超過一百公里,相對的,其他六〇年代的素材頂多都只能傳播二十公尺遠。高錕的熱忱鼓舞了其他的研究者,紛紛注意到光纖的未來潛力。短短四年後,也就是1970年,第一條超纖維(ultrapure fiber)就研發成功了。

時至今日,光纖已然構成了我們社會傳播之間不可或缺的循環系統。這些低損耗玻璃纖維促進包括網際網路在內的全球寬頻通訊。光在玻璃細線中流動,將幾乎是大部分的電話通訊及數據通信傳遞到四面八方。無論是文字、音樂、圖片或影片,都能在轉瞬之間發送至全球各地。

諾貝爾物理獎圖一

倘若我們有辦法把地球上的光纖都拆開來重組成一條線,這條線將長過十億公里──足足可繞地球超過兩萬五千次,而且這些光纖正在以每小時千里計的速度增長。

在傳輸的內容中,有很多是數位影像,今年諾貝爾物理獎的另一半即與此有關。1969年,威拉德‧鮑伊(Willard S. Boyle)和喬治‧史密斯(George E. Smith)發明了最早使用數位感測器(digital sensor)的成像技術,也就是電荷耦合元件(Charge-Coupled Device, CCD)。光電耦合技術利用的是光電效應,光電效應的相關理論由愛因斯坦提出,這使他在1921年獲得諾貝爾獎。經由此效應,光可以轉換成電子訊號。設計影像感測器必然遭遇到的挑戰是,如何在短時間內收集、讀出大量的像點(point)及像素(pixel)。

電荷耦合元件被應用在數位相機的電子眼上。它革新了攝影術,光線除了在底片上顯影外,現在更能被以電子形式捕捉。數位形式使得處理及傳播影像更加便利了。這項技術也廣泛使用在醫療用途,例如為了診斷或進行顯微手術必需的人體內部顯影。

數位攝影在很多研究領域中都是無可取代的工具。光電耦合元件提供了新的可能性,讓我們看見以前看不見的東西。無論是光年外的廣袤宇宙或是很深很深的海底,這項技術使我們得以看見清晰無比的影像。

諾貝爾物理獎圖2

諾貝爾獎官方新聞稿英文全文:點此下載
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