La luz y la imagen conducen al premio
Desde AprendeFotografíaDesdeCero nos hemos permitido reproducir el interesante artículo publicado por Emilio Jiménez, director del Centro de Nanomateriales Funcionales del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Nueva York, Publicado en el Diario El País www.elpais.com el 10/10/2009.
La fotografía digital y las comunicaciones ópticas nacieron hace 40 años.
Hace dos semanas, de visita en San Sebastián para participar en unas jornadas sobre nanotecnología, aproveché un rato libre para acercarme a La Concha. Era una de esas mañanas gloriosas de principio de otoño, en que no hay una nube en el cielo, la luz es pura y el sol calienta, y la bahía se exhibe en todo su esplendor. Cautivado por la belleza de la escena, saqué mi cámara e hice fotos por doquier. Por la noche, ya en el hotel, seleccioné las mejores, conecté mi ordenador portátil y se las envié a mi hija en San Francisco, que había visitado la ciudad no hacía mucho. Dos minutos después tenía de vuelta sus nostálgicos comentarios, y no pude dejar de pensar en la magia de la técnica, que me había permitido capturar un momento irrepetible, compartirlo con alguien a 8.000 kilómetros de distancia, y recibir sus impresiones de inmediato. No podía imaginar que cinco días después la Academia Sueca de Ciencias honraría con el premio Nobel de Física a Charles Kao, Willard Boyle y George Smith, tres figuras clave en el desarrollo de las comunicaciones ópticas y la fotografía digital que habían hecho posible mi experiencia.
En realidad, las comunicaciones ópticas no son nada nuevo. El primer sistema telegráfico moderno, desarrollado en Francia a finales del siglo XVIII, consistía en una serie de torres de observación, en cada una de las cuales un operador con un telescopio avistaba la señal que recibía de la torre anterior y la retransmitía a la siguiente mediante un sistema de banderas. El telégrafo eléctrico y el teléfono acabaron con ese primitivo método de comunicación. A mediados del siglo XIX se empezaron a instalar cables telegráficos; en pocos años se podía recibir un mensaje sencillo al otro lado del océano en cuestión de minutos y, a principios del siglo XX, en tan sólo unos segundos. El primer cable telefónico transatlántico, tendido en 1956, podía transmitir 36 llamadas a la vez.
Charles Kao
Con ondas electromagnéticas, como las de radio, se puede transmitir más información que con la telefonía por cable, y cuanto mayor la frecuencia de las ondas mayor es la capacidad de transmisión. Por eso, tras la invención del láser a principios de la década de los sesenta, varios laboratorios consideraron la posibilidad de comunicaciones ópticas, en las que un haz de luz guiado por una fibra de vidrio transmitiría información con una capacidad cien mil veces mayor que la comunicación por radio. Además, un sistema óptico sería inmune a interferencias, y más seguro y menos proclive a accidentes que un sistema eléctrico de telefonía.
Kao y su colega George Hockham de Standard Telecommunication Laboratories (Reino Unido), predijeron en 1966 que la comunicación óptica a grandes distancias podía ser realidad si por cada kilómetro de fibra al menos el 1% de la luz que entrara por un extremo apareciera en el otro. Aunque en las fibras de entonces la atenuación era infinitamente mayor Kao no se desanimó, y luchó incansablemente por convencer a los escépticos (incluidos los directivos de su compañía), a la vez que buscaba la manera de reducir las impurezas causantes de la atenuación de la luz en el vidrio. Fueron finalmente los ingenieros de la compañía Corning, en Nueva York, con Robert Maurer a la cabeza, los que en 1970 encontraron el procedimiento para producir fibras de sílice tan puras que su atenuación quedaba por debajo de lo que exigían los cálculos de Kao y Hockham.
Las fibras ópticas actuales son verdaderas autopistas de la información entre ciudades y continentes, por las que circulan a la vez millones de conversaciones telefónicas y un ingente volumen de datos a una velocidad equivalente a la transmisión de varios miles de fotos de alta resolución por segundo.
Las comunicaciones ópticas requieren la digitalización de la información. La conversión de la voz en una señal eléctrica y ésta a su vez en una colección de unos y ceros, o la representación de letras y símbolos en ese sistema numérico binario, es relativamente fácil. Pero, ¿cómo capturar una imagen y convertirla en una cadena de unos y ceros? La respuesta la dieron Boyle y Smith de Bell Laboratories, en Nueva Jersey, con su invención de un dispositivo semiconductor conocido por las siglas CCD (en inglés, charge-coupled device).
En un par de horas de un día de septiembre en 1969, los científicos bosquejaron la estructura y funcionamiento del nuevo dispositivo, que consiste en una matriz de condensadores semiconductores, o celdas, organizados regularmente en filas y columnas. Cuando la luz incide en cada una de las celdas libera electrones del semiconductor en número proporcional a su intensidad, y éstos se acumulan en el condensador. Se forma así en la matriz una réplica eléctrica del objeto del que procede la luz, tanto más fiel cuanto mayor sea la densidad de celdas (píxeles). Aplicando pulsos eléctricos de una forma ingeniosa, se puede determinar numéricamente la carga eléctrica almacenada en cada píxel, y la información, una vez digitalizada, se reproduce como una imagen en una pantalla o en el papel de una impresora. En 1972, la compañía Fairchild Semiconductor (California), construyó el primer sensor de imágenes, con diez mil píxeles; las primeras cámaras con dispositivos CCD primitivas y voluminosas aparecieron en el mercado en 1981.
El impacto del CCD va mucho más allá de nuestras cámaras digitales de bolsillo, que sobrepasan los diez millones de píxeles. Los detectores digitales de imagen son indispensables en medicina, cartografía, astronomía y microscopía. Las increíbles imágenes que, gracias a los detectores CCD, recibimos de Marte o del telescopio Hubble nos llevan a descubrir mundos nuevos, y sin duda muchos más aparecerán cuando se consiga extender esa tecnología a más regiones del espectro electromagnético.
Willard Boyle, a la izquierda, y George Smith
prueban un sensor CCD en 1970 en los laboratorios Bell.
Kao, un visionario y un gran vendedor de sueños luego hechos realidad, tenía puesto los ojos en el Nobel desde hacía mucho tiempo, mientras que Boyle y Smith, apasionados por la vela y jubilados desde hacía más de 20 años, parecían haber perdido la esperanza del premio. Por fin les ha llegado a los tres el reconocimiento de la Academia Sueca, bastante después de que la sociedad sintiera el extraordinario impacto de sus contribuciones, hechas 40 años atrás.
Emilio Méndez (emendez@bnl.gov) es director del Centro de Nanomateriales Funcionales del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Nueva York.
Ver Artículo original: http://www.elpais.com/articulo/futuro/luz/imagen/conducen/premio/elpepusocfut/20091014elpepifut_2/Tes
La fotografía digital y las comunicaciones ópticas nacieron hace 40 años.
Hace dos semanas, de visita en San Sebastián para participar en unas jornadas sobre nanotecnología, aproveché un rato libre para acercarme a La Concha. Era una de esas mañanas gloriosas de principio de otoño, en que no hay una nube en el cielo, la luz es pura y el sol calienta, y la bahía se exhibe en todo su esplendor. Cautivado por la belleza de la escena, saqué mi cámara e hice fotos por doquier. Por la noche, ya en el hotel, seleccioné las mejores, conecté mi ordenador portátil y se las envié a mi hija en San Francisco, que había visitado la ciudad no hacía mucho. Dos minutos después tenía de vuelta sus nostálgicos comentarios, y no pude dejar de pensar en la magia de la técnica, que me había permitido capturar un momento irrepetible, compartirlo con alguien a 8.000 kilómetros de distancia, y recibir sus impresiones de inmediato. No podía imaginar que cinco días después la Academia Sueca de Ciencias honraría con el premio Nobel de Física a Charles Kao, Willard Boyle y George Smith, tres figuras clave en el desarrollo de las comunicaciones ópticas y la fotografía digital que habían hecho posible mi experiencia.
"El impacto del CCD
va mucho más allá
de nuestras cámaras
digitales de bolsillo"
va mucho más allá
de nuestras cámaras
digitales de bolsillo"
En realidad, las comunicaciones ópticas no son nada nuevo. El primer sistema telegráfico moderno, desarrollado en Francia a finales del siglo XVIII, consistía en una serie de torres de observación, en cada una de las cuales un operador con un telescopio avistaba la señal que recibía de la torre anterior y la retransmitía a la siguiente mediante un sistema de banderas. El telégrafo eléctrico y el teléfono acabaron con ese primitivo método de comunicación. A mediados del siglo XIX se empezaron a instalar cables telegráficos; en pocos años se podía recibir un mensaje sencillo al otro lado del océano en cuestión de minutos y, a principios del siglo XX, en tan sólo unos segundos. El primer cable telefónico transatlántico, tendido en 1956, podía transmitir 36 llamadas a la vez.
Charles KaoKao y su colega George Hockham de Standard Telecommunication Laboratories (Reino Unido), predijeron en 1966 que la comunicación óptica a grandes distancias podía ser realidad si por cada kilómetro de fibra al menos el 1% de la luz que entrara por un extremo apareciera en el otro. Aunque en las fibras de entonces la atenuación era infinitamente mayor Kao no se desanimó, y luchó incansablemente por convencer a los escépticos (incluidos los directivos de su compañía), a la vez que buscaba la manera de reducir las impurezas causantes de la atenuación de la luz en el vidrio. Fueron finalmente los ingenieros de la compañía Corning, en Nueva York, con Robert Maurer a la cabeza, los que en 1970 encontraron el procedimiento para producir fibras de sílice tan puras que su atenuación quedaba por debajo de lo que exigían los cálculos de Kao y Hockham.
Las fibras ópticas actuales son verdaderas autopistas de la información entre ciudades y continentes, por las que circulan a la vez millones de conversaciones telefónicas y un ingente volumen de datos a una velocidad equivalente a la transmisión de varios miles de fotos de alta resolución por segundo.
Las comunicaciones ópticas requieren la digitalización de la información. La conversión de la voz en una señal eléctrica y ésta a su vez en una colección de unos y ceros, o la representación de letras y símbolos en ese sistema numérico binario, es relativamente fácil. Pero, ¿cómo capturar una imagen y convertirla en una cadena de unos y ceros? La respuesta la dieron Boyle y Smith de Bell Laboratories, en Nueva Jersey, con su invención de un dispositivo semiconductor conocido por las siglas CCD (en inglés, charge-coupled device).
En un par de horas de un día de septiembre en 1969, los científicos bosquejaron la estructura y funcionamiento del nuevo dispositivo, que consiste en una matriz de condensadores semiconductores, o celdas, organizados regularmente en filas y columnas. Cuando la luz incide en cada una de las celdas libera electrones del semiconductor en número proporcional a su intensidad, y éstos se acumulan en el condensador. Se forma así en la matriz una réplica eléctrica del objeto del que procede la luz, tanto más fiel cuanto mayor sea la densidad de celdas (píxeles). Aplicando pulsos eléctricos de una forma ingeniosa, se puede determinar numéricamente la carga eléctrica almacenada en cada píxel, y la información, una vez digitalizada, se reproduce como una imagen en una pantalla o en el papel de una impresora. En 1972, la compañía Fairchild Semiconductor (California), construyó el primer sensor de imágenes, con diez mil píxeles; las primeras cámaras con dispositivos CCD primitivas y voluminosas aparecieron en el mercado en 1981.
El impacto del CCD va mucho más allá de nuestras cámaras digitales de bolsillo, que sobrepasan los diez millones de píxeles. Los detectores digitales de imagen son indispensables en medicina, cartografía, astronomía y microscopía. Las increíbles imágenes que, gracias a los detectores CCD, recibimos de Marte o del telescopio Hubble nos llevan a descubrir mundos nuevos, y sin duda muchos más aparecerán cuando se consiga extender esa tecnología a más regiones del espectro electromagnético.
Willard Boyle, a la izquierda, y George Smithprueban un sensor CCD en 1970 en los laboratorios Bell.
Emilio Méndez (emendez@bnl.gov) es director del Centro de Nanomateriales Funcionales del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Nueva York.
Ver Artículo original: http://www.elpais.com/articulo/futuro/luz/imagen/conducen/premio/elpepusocfut/20091014elpepifut_2/Tes
