2009년 노벨 물리학상

광섬유: 새로운 통신의 시대

수세기 동안 과학자들은 정보를 더 빠르고, 더 멀리, 더 잘 전송할 수 있는 방법을 연구해 왔습니다. 전신에서 유선 전화, 케이블의 광범위한 사용에 이르기까지 기술의 발전으로 우리는 집을 떠나지 않고도 모든 것을 알 수 있게 되었습니다.

1960년대 중국 과학자 가오쿤은 전류 대신 빛을, 전선 대신 유리 섬유를 사용하자는 아이디어를 제시하고 1966년 '광파 전송용 유전체 섬유 표면 도파관'이라는 획기적인 논문을 발표하여 이 '하늘의 꿈'의 실현 가능성을 이론적으로 분석했습니다. 1970년 미국의 코닝은 세계에서 가장 높은 20dB/km의 손실률을 가진 케이블을 개발했습니다. 1970 년 미국 코닝은 20dB / km의 광섬유 손실을 개발하여 장거리 전송을위한 광섬유의 빛이 가능해졌고, 새로운 시대의 시작부터 광섬유 통신, "광섬유의 아버지"인 가오쿤도 2009 년 노벨 물리학상에 섰습니다.

"광섬유"라는 정식 명칭은 석영, 유리 및 기타 투명한 광학 재료에서 뽑아낸 원통형 광 도파관을 통해 빛을 전송하는 데 사용됩니다. 일반적인 구조는 코어와 클래딩으로 구성되며, 한쪽 끝의 빛과 축과의 각도가 특정 값보다 작을 때 굴절률의 코어가 높기 때문에 굴절률의 클래딩이 상대적으로 낮기 때문에 전체 반사의 경계에서 코어와 클래딩에있어 빛이 코어에서 지그재그로되어 클래딩을 마모시키지 않습니다. 이 시점에서 빛에 정보를 추가하면 빛과 함께 다른 쪽 끝으로 전송되어 정보 전송이 이루어집니다.

첫째,이 단계에서 광섬유 통신은 24 만 개의 신호를 동시에 전송할 수 있으며 마이크로파 통신보다 용량이 천 배 증가했습니다. 둘째, 통신 품질을 보장한다는 전제하에 일반 케이블 또는 마이크로파 통신 중계 거리는 1.5 ~ 60km 인 반면이 단계에서 광섬유는 2000 ~ 5000km의 중계없는 전송을 달성 할 수 있습니다.

1971년 노벨 물리학상 수상

홀로그래피: 현실과 환상

영화 "아바타"의 3D 모래 테이블은 판도라 행성의 지형을 선명하게 볼 수 있어 너무 멋져서 친구가 없습니다! 그러나 이런 종류의 기술은 우리에게서 그리 멀지 않습니다. 1947 년 데니스 게이블 교수의 홀로그래피 발명은 이미 이런 종류의 마법을 현실로 가져 왔으며 1971 년 노벨 물리학상을 수상했습니다.

기존 사진에 비해 홀로그래피는 물체의 점들의 공간적 위치를 창의적으로 기록하여 2차원적 한계를 단숨에 돌파함으로써 사람들은 홀로그램을 통해 물체의 사실적인 3차원 이미지를 볼 수 있게 됩니다.

홀로그램을 제작하려면 두 개의 레이저 빔이 필요한데, 하나는 물체 표면 반사에 의해 물체에 레이저 빔을 조사하고 다른 하나는 기준광을 위한 레이저 빔이 필요합니다. 물결의 접촉과 마찬가지로 공간에서 만나면 중첩되어 빛과 어둠의 줄무늬를 형성하고, 이 줄무늬에 물체의 점 위치 정보가 인코딩됩니다.

홀로그램 기판은 두 광선이 만나는 지점에 배치되어 이 줄무늬를 캡처합니다. 이렇게 캡처된 홀로그램 기판은 일련의 과정을 거쳐 홀로그램 기록이 완료됩니다.

레이저에서 생성된 기준광으로 홀로그램을 비추면 마치 물체의 3차원 이미지가 홀로그램에서 실제로 튀어나온 것처럼 물체광을 다시 생성할 수 있습니다.

가까운 미래에 홀로그램 기술의 지속적인 발전으로 스크린과 3D 안경의 구속을 없애고, 실제 건물의 시뮬레이션 속에서 건축가가 걸어 다니고, 고객도 동기화되어 해설을 보며, 수천 마일 떨어진 의사가 환자의 몸 상태를 확인할 수 있는 날이 온다고 상상해 보세요. 그 날이 멀지 않았다고 믿습니다!

1908년 노벨 물리학상

간섭 컬러 사진: 다채로운 색상의 기록

1908년 노벨 물리학상은 사진으로 색을 완벽하게 재현할 수 있는 간섭계 컬러 사진을 발명해 큰 센세이션을 일으킨 프랑스 물리학자 가브리엘 리프만에게 수여되었습니다.

당시 카메라는 필름을 사용하여 그레이 스케일 이미지를 기록했습니다. 필름에는 빛에 노출되면 화학 반응을 일으켜 검은 은색 입자로 변하는 차가운 감광성 물질인 할로겐화은이 포함되어 있습니다. 빛이 강할수록 은 입자가 많아져 필름에 투사된 이미지가 기록됩니다.

세상은 컬러로 가득했는데 어떻게 사람들이 흑백으로만 기록할 수 있었을까요? 당시 대부분의 사람들은 사진에 색을 더하기 위해 컬러 유리나 컬러 입자를 사용했지만, 그 결과 디테일이 부족하거나 색이 왜곡되는 경우가 많았습니다. 가브리엘 립만은 다른 접근 방식을 택하여 흑백 필름에 약간의 가공을 가하여 놀라운 결과를 얻었습니다.

어떻게 그랬을까요? 빛의 색깔마다 파장이 다르기 때문에 필름은 빛의 파장을 기억하고 그 색을 유지할 수 있습니다. 필름의 기억을 잃지 않기 위해 립만은 필름 뒷면을 거울처럼 수은 층으로 코팅했습니다. 수은 거울의 마법 같은 효과는 무엇일까요? 예를 들어, 수은의 감광층을 통과한 청색광이 다시 반사된 후 입사광과 수은 반사광의 '간섭 현상'이 필름에 반 파장 간격의 간섭 프린지를 형성하는 파장이 청색광의 파장입니다. 이 프린지는 청색광 시그니처를 남기고, 필름에 백색광을 비추면 다른 색의 빛을 걸러내고 청색광만 반사하는 체 역할을 합니다. 필름의 모든 점이 기록된 색만을 반사하여 컬러 사진이 멋지게 탄생한 것입니다.

노벨 물리학상, 1901년

엑스레이: 육안으로는 보이지 않는 세상

1901년, 세계 최초의 노벨 물리학상은 X-선을 발견한 독일의 물리학자 빌헬름 뢴트겐에게 수여되었습니다.

1895년 11월 8일, 뢴트겐은 음극선 연구를 준비하기 위해 방전관에 검은 종이를 감았습니다. 그런데 방전관으로부터 1미터 떨어진 곳에서 백금 시안화 바륨 결정으로 코팅된 형광 스크린에 녹색 빛이 나타나는 이상한 현상이 그의 관심을 끌었습니다. 음극선의 투과 거리는 분명히 몇 센티미터를 넘지 않았는데, 이 녹색 빛은 무엇이었을까요? 뢴트겐은 이 미지의 광선을 X-선이라고 불렀습니다. X-선은 몇 센티미터의 단단한 고무 피부와 15마이크론의 알루미늄 시트를 투과할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 뢴트겐은 엑스레이의 특성을 이용해 세계 최초로 마담의 손 뼈와 결혼반지가 선명하게 보이는 엑스레이 사진을 찍었습니다.

X-선과 가시광선은 모두 전자기파이지만 파장이 0.01 ~ 10nm에 불과합니다. X-CT는 상태를 빠르고 정확하게 확인할 수 있으며 X- 나이프는 종양을 정확하게 제거 할 수 있으며 X-선 결정 회절은 원자 세계를 이해하는 강력한 도구가되었으며 금속 탐지, 금속 두께 측정 등에도 사용됩니다. 실제로 공항 보안 검색대를 출입할 때마다 수하물은 X-레이와 밀접하게 접촉하게 됩니다. 물론 인류에게 유익한 엑스레이는 동시에 우리에게 문제를 일으키기도 합니다. 엑스레이에 과도하게 노출되면 백혈병, 암 및 기타 질병을 유발할 수 있으므로 엑스레이를 사용할 때 보호하는 것이 중요합니다.

사실 광학 연구와 관련된 노벨상은 위에 나열한 5가지보다 훨씬 많으며, 광학 관련 과학 기술은 우리의 삶을 크게 변화시켰습니다.

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