Innerhalb weniger Jahre wurde seine Vorhersage erfüllt - und bald weit übertroffen. In modernen Glasfasern sind nach einem Kilometer noch 95 Prozent der eingangs ins Kabel gepumpten Signalstärke vorhanden. Rund um diese Technik hat sich eine milliardenschwere Industrie entwickelt.
Optische Kabel, die viel mehr Daten transportieren können als elektrische Kupferleitungen, verbinden heute die Welt. Nahezu der gesamte interkontinentale Telefon- und Internetverkehr läuft über diese Leitungen, die von Spezialschiffen am Meeresgrund verlegt werden. Würde man alle haarfeinen Fasern aus hochtransparentem Glas zusammenhängen, die heute in den Weltmeeren verlegt sind, so reichten sie mehr als dreimal zur Sonne und zurück.
Mehrere Signale gleichzeitig
Zur Datenübertragung braucht man je zwei solcher Fasern. Über ein Paar lassen sich etwa 1.000 Milliarden Bit pro Sekunde übertragen, das entspricht dem digitalen Inhalt von etwa 180 Musik-CDs. Um diese enorme Übertragungsrate zu schaffen, werden über ein Glasfaserpaar mehrere Signale gleichzeitig geschickt. Man kann sich das vorstellen, als würden verschiedene Menschen gleichzeitig sprechen, aber ein jeder in einer eigenen Sprache. Am anderen Ende der Leitung hören Geräte in dem Stimmengewirr nur auf jeweils eine Sprache und können das Wirrwarr wieder entflechten.
Experten rechnen damit, dass Glasfaserkabel künftig auch bei Privatleuten zunehmend jene Kupferkabel ersetzen werden, über die derzeit noch Internetzugänge angeboten werden. Mit der steigenden Datenflut vor allem durch Videobilder steigt auch die Nachfrage nach Leitungen, die dabei nicht ins Stocken geraten. Für die enormen Datenmengen, die beim Teilchenbeschleuniger LHC in Genf anfallen werden, wurde eigens ein Netz aus Glasfaserkabeln aufgebaut, das die Daten zur Auswertung in Labors in Europa transportieren soll.
Eine Milliarden-Industrie ist längst auch aus der Erfindung von Willard Boyle und George Smith geworden. Sie führten den 1905 von Albert Einsteins erklärten photoelektrischen Effekts fort, wonach manche Metalle elektrische Impulse erzeugen, wenn Licht auf sie fällt. Die Leistung der diesjährigen Nobelpreisträger bestand darin, einen optischen Sensor in kleine Flächen zu unterteilen, sogenannte Pixel, und diese so auszulesen, dass sich ein Bild aus den elektrischen Impulsen rekonstruieren lässt.
Millionen lichtempfindlicher Punkte
Die Idee dazu haben Willard und Smith an einem Nachmittag vor ziemlich genau 40 Jahren innerhalb einer Stunde entwickelt, um den drohenden Verlust der Forschungsmittel ihrer Abteilung abzuwenden. Sie stellten sich vor, dass sich auf ihrem Chip unter jedem Pixel eine kleine Blase voll elektrischer Ladung ansammeln sollte, die wie Perlen auf einer Kette gekoppelt waren; daher auch der Begriff "Charge Coupled Device". Durch kleine Spannungsimpulse wollten sie dann die Blasen zum Beispiel der obersten Zeile auf dem Sensor zum Rand des CCD schieben, wo die Größe der Ladungen eine nach der anderen gemessen wurde. Danach würden weitere Impulse die Blasen der zweiten Zeile nach oben bugsieren und so weiter. Ein Foto wurde so zu einer Abfolge von Zahlen, die Computer verarbeiten und Datennetze transportieren können, bevor es woanders rekonstruiert wird.
Genauso wie Computerchips werden CCD-Sensoren heute auf Siliziumscheiben hergestellt. Auf die Rohlinge, sogenannte Wafer, werden die Pixel geätzt, außerdem erhalten sie im Laufe des komplizierten Produktionsprozesses mehrere Schichten aus anderen Metallen. Am Ende zerschneidet man den Wafer mit einer Diamantsäge, die CCDs werden in Keramik- oder Kunststoffgehäuse verpackt und mit Glasscheibchen versehen. Fällt Licht darauf, geben die CCDs elektrische Signale ab. Millionen lichtempfindlicher Punkte, zusammengepfercht auf der Fläche eines Fingernagels ergeben die berühmten Megapixel, mit denen moderne Digitalkameras beworben werden.