GIẢI NOBEL VẬT LÝ NĂM 2009 potx

GIẢI NOBEL VẬT LÝ NĂM 2009
Giải NobelVật lý năm 2009được trao cho Charles Kuen Kao tại Các
phòngthí nghiệm viễn thông tiêu chuẩn ở Harlow(Anh) và Đại họcHong Kong
Trung Quốc ở Hong Kong (Trung Quốc) “do các thành tựu có tínhđột phá liên
quan đến sự truyền ánhsáng trong các sợitrong thôngtin quang” cùng với Willard
Stirling Boyle và George ElwoodSmithtại Cácphòng thínghiệm Bell(Bell Labs),
MurrayHill, NewJersey (Mỹ) “do phátminh ramột mạch bán dẫntạo ảnh gọi là bộ
cảm biến CCD”.
Giải NobelVật lý năm 2009tôn vinh haithành tựu khoa họcgiúp cho
việc địnhdạng nền tảng của các xã hộinối mạnghiệnnay. Cácthành tựunày tạo ra
nhiều đổi mới thực tế trongcuộcsống hàngngày và cung cấp các công cụ mới cho
nghiêncứu khoahọc.
Khi Giải NobelVật lý được thôngbáo ở Stockholm, mộtphầnlớn thế giới
nhậnđược thôngbáo này gần như ngay lậptức. Vớivận tốc gầnnhư là vận tốc ánh
sáng,nghĩa là với vận tốc lớn nhất, thông báo này đượclan truyềnkhắp thế giới.
Văn bản,hình ảnhtĩnh và động, lờinói được truyền đi theocác sợi quang vàqua
khônggian vàđược tiếp nhận ngay lậptức trongcác thiết bị nhỏ và thuậnlợi. Sợi
quanglà một điều kiện trước hết cho sự phát triển cựcnhanh này trong lĩnhvực
thông tin liên lạc – một sự phát triển mà Kao đã dự đoántừ hơn 40 năm trước.
Năm 1966,Kao có một phátminh dẫn đến mộtsự độtphá trong quanghọc sợi.
Ông đã tính toán cẩn thận về việc làmthế nào để truyềnánhsáng đi xa thôngqua
các sợi thủy tinhquang. Với một sợi thủy tinhtinh khiết nhất ông cóthể truyền các
tín hiệu ánh sángqua mộtkhoảng cách là 100 kilômét sovới khoảngcách chỉ là 20
mét đối với các sợicó thể có trong những năm 1960. Điềusay mê củaKao gây cảm
hứngcho các nhà nghiên cứu khác nhằm chia sẻ tầm nhìn của ôngvề tiềm năng
tương laicủa quanghọc sợi. Sợi cực kỳ tinh khiết đầutiên đã được chế tạo thành
công năm 1970 ngaybốn năm sau đó.
Các sợi quang hiện nay tạo rahệ tuần hoàn nhằmnuôi dưỡng xã hội
thông tin của chúng ta. Cácsợi thủy tinhtổn thất thấp này tạo điều kiện thuậnlợi
cho thông tin dải rộng toàn cầu như mạng internet. Ánh sáng lantruyền trongcác
sợi thủytinh mỏngvà nó mang hầu như toàn bộ khối lưu thông điện thoại và dữ

liệu theomỗi một hướng. Văn bản, âmnhạc,hình ảnh và viđêô có thể được lan
truyền xungquanh Trái Đất trong chốclát.
Nếu ta gỡ toàn bộ các sợi thủy tinh baoquanh Trái Đất, ta sẽ có một sợi
đơn dài 1 tỷ kilômét vànó đủ để bao lấy Trái Đấthơn 25 000lần. Chiều dài này
đang tăng lên hàng nghìn kilômétmỗi giờ.
Một sự chia sẻ lớn của khối lưu thông do cácảnhsố cấu thành vànó tạo
nên phầnthứ haicủa Giải Nobel Vật lý năm2009. Mộtvài năm sauphátminh của
Kao, Boylevà Smithđã làm thay đổi cơ bản các điều kiện đốivới lĩnh vực kỹ thuật
chụp ảnh vì sự cần thiết của phim ảnhđối với máy chụp ảnhkhôngcòn lâu nữado
các hìnhảnh có thể bị bắt giữ về phươngdiện điện tử với mộtbộ cảm biến ảnh.
Mắtđiện tử CCD trở thànhcôngnghệ đầu tiên thựcsự thành công choviệc chuyển
số các hình ảnh.Nó mở racon đường dẫn tới một dòngchảy hàng ngày của các
hình ảnhlàm đầy các cáp sợi quang. Chỉ có sợi quang có khả năng chuyển các
lượng dữ liệu lớn docông nghệ bộ cảm biếnảnh điện tử sinh ra.
Năm 1969Boylevà Smith đã phát hiện công nghệ tạo ảnh thành công
đầu tiên khi sử dụng mộtbộ cảm biến số gọi là thiếtbị liên kết điệntích CCD
(Charge-Coupled Device). Côngnghệ CCD sử dụnghiệu ứng quangđiện. Albert
Einsteinđã đưara lý thuyết về hiệu ứng nàyvà nhờ đó ôngđược trao tặng Giải
NobelVật lý năm1921. Dohiệu ứng quang điện,ánh sáng được biến đổi thànhcác
tín hiệu điện. Thách thức khi thiếtkế mộtbộ cảm biếnảnh là cầnthu thập và đọc
các tín hiệutrong mộtsố lớn các điểmảnh gọilà các pixeltrongmột thời gian ngắn.
CCD là mắt điện tử của máy chụp ảnh số. Nó tạora một cuộccách mạng
trong kỹ thuật chụp ảnh khi ánhsáng bây giờ có thể bị bắt giữ về phương diệnđiện
tử thay vì ở trên phim. Dạng số tạođiều kiệnthuậnlợi cho việc xử lý và phânbố
các ảnhnày. Côngnghệ CCD cũng đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng y học
chẳng hạn như tạo ảnh nội tạng của cơ thể người đốivới cả chẩn đoán và vi phẫu.
Kỹ thuật chụp ảnh số trở thành một công cụ không thể thay thế trong
nhiều lĩnh vực nghiên cứu. CCD cung cấpnhững khả năng mới nhằm nhìn thấy
những vật khôngthể nhìn thấy trước đây.Nó đem lại cho chúngta những hình ảnh
trong suốt về những nơi xaxôi trong vũ trụ cũng như ở các độ sâu của các đại

dương.
Nhờ ánhsáng Mặt Trời, chúng ta có thể nhìn thấy thế giới. Tuy nhiên, cần
một thời gian dài trước khi con người đòi hỏi các kỹ năng điều khiểnánh sáng và
hướngnó vào trong một ốngdẫn sóng.Bằng cách đó, cácthông điệp được mã hóa
có thể được truyền đồng thời tới nhiều người.Sự phát triển này đòi hỏi nhiều phát
minh lớn và nhỏ mà chúngtạo thànhnền tảngđối với xã hội thông tinhiện đại. Sợi
quangđòi hỏi côngnghệ thủy tinh hiện đại để phát triểnvà sản xuất hàng loạt. Cần
phải cómột nguồnánh sángđáng tin cậy và điều này đượccung cấp bởi công nghệ
chất bán dẫn. Cuối cùng, cầnphải lắp ráp và mở rộng một mạng khéo léo bao gồm
các tranzisto, bộ khuếch đại, chuyển mạch, máy phát. máy thu và các bộ phận khác
cùng làm việcđồng thời. Cuộc cách mạng viễn thông diễn ra từ sự hợp tác củahàng
nghìn nhà khoa họcvà côngnghệ trên khắpthế giới.
Triểnlãm thế giới năm 1889ở Paristổ chức kỷ niệm 100 năm Cách
mạng Pháp. Tháp Eiffel trở thành mộttrong các công trìnhtưởng niệm nổitiếng
nhất của triển lãmnày. Tạiđây có mộtmàn trìnhdiễn đángchú ý củaánh sáng.Nó
được thực hiện với đài phunnước trongđó có cácchùm ánh sáng có màu sắc nhờ
sử dụng điện. Vào giữa thế kỷ XIX, người ta cũng đã tìm cách tạo ra các chùmánh
sáng đượcdẫn bởi nước.Những cố gắng này đã chứng tỏ rằng khimột tia nước bị
ánh sáng Mặt Trờirọi chiếu,ánh sángđi quatia nước và đi theo dạng congcủa tia
nước.
Ngườita phát hiệnthấycác ảnh hưởng của ánh sáng trongthủytinh
hoặc nước từ trước đó rất lâu. Khoảng 4 500năm trước đây, thủy tinhđã được chế
tạo ở Mesopotamia và Egypt. Nhữngngười thợ thủy tinhVenetian có thể nhận biết
màn trìnhdiễn của ánh sáng diễn ra trongcác đồ trang trí cuộn xoáy của họ. Thủy
tinh chạm đã được sử dụng trong các giá nếnnhiều ngọn và các đènchùm treo pha
lê và điều bí ẩnkhó hiểu về cầu vồng thách thức trí tưởng tượng của nhiều người
một thời gian lâu trước khicác địnhluật quanghọc đưa ralời giải đáp ở thế kỷ
XVII. Tuynhiên, chỉ khoảng 100 năm trước đây những ý tưởng này mới xuất hiện
trở lại và con người thử sử dụng cácchùm ánh sáng bị bắt giữ.
Một tia của ánhsáng Mặt Trời đi vàonước bị bẻ congkhi nótới bề mặt

nước vì chiết suất của nướccao hơnchiết suất của không khí. Nếu hướng của
chùmsáng ngược trở lại, nghĩalà chùm sáng đitừ nướcvào không khí thì nó có
thể hoàn toàn không đi vào không khí mà bị phản xạ ngượctrở lại nước. Hiện
tượng này tạothành cơ sở chocông nghệ ống dẫnsóng quangtrong đó ánh sáng bị
bắt giữ bên trongmột sợi với chiết suất cao hơnchiết suất của môitrường xung
quanh sợi. Một tiasáng hướng vào trong một sợi bị phản xạ nhiều lần vớithành
thủy tinhvà chuyển độngvề phía trước do chiết suất của thủy tinh cao hơn chiết
suất củakhôngkhí xung quanh.
Nghề y đã sử dụng các sợi quang ngắn và đơn giản từ những năm 1930.
Nhờ một chùm củacác đũa thủy tinh mảnh, ta có thể quan sát nội tạng hoặcrăng
của bệnh nhân trong quá trìnhphẫu thuật. Tuy nhiên, khicác sợi tiếp xúcvới nhau
chúng cho ánh sáng thoát ra và chúng cũng có thể dễ dàng trở nên hư hỏng. Việc
bao phủ sợi trần trong lớp bọc thủy tinh với chiếtsuất thấphơn dẫntới nhữngtiến
bộ đáng kể và những tiến bộ đó trong những năm 1960 mở đường choviệc sản
xuấtcông nghiệp các thiếtbị đốivới điều trị dạ dày và cácứng dụng y học khác.
Tuy nhiên, các sợithủy tinh này là vô dụng đốivới thông tin khoảng cách
xa.Hơn nữa, một số ítsợi thủy tinh thựcsự được chú ý về ánhsáng quang và đó là
những ngày củacông nghệ điện tử và vô tuyến. Năm 1956, người ta triển khaicáp
xuyênĐại Tây Dương đầu tiên và nó cho phép thực hiện đồng thời36 cuộc gọi
điện thoại. Sớm sauđó các vệ tinh bắtđầu đượcsử dụng để phục vụ các nhucầu
thông tin ngàycàng tăng. Điện thoại phát triển nhanh chóng và việc truyền hình
đòi hỏi các khả năngtruyền sóng cao hơn nữa. Khi sosánh với các sóng vôtuyến,
ánh sáng hồng ngoại hoặc ánh sáng nhìn thấy mang thông tin cao hơn hàng chục
nghìn lần.Do đó, tiềm năng của cácsóng ánh sángquangkhông thể khôngđược
tính đến.
Phát minhlaze vào đầu nhữngnăm 1960là một bước quyết định hướng
tới quanghọc sợi. Laze là một nguồn sáng ổn định. Nó phát ra một chùm sáng
mạnhhội tụ cao và người có thể bơm nó vào trong một sợi quang mảnh. Các laze
đầu tiên phát raánh sánghồng ngoại và đòi hỏi sự làm lạnh. Khoảngnăm 1970,
người ta phát triển các laze có nhiều ứng dụng thực tế hơn và có thể hoạt động liên

tục ở nhiệt độ phòng. Đó là một sự đột phá công nghệ mànó tạo điều kiện thuận
lợi cho thông tin quang.
Toàn bộ thông tinbây giờ có thể được mã hóa thành một ánh sángnhấp
nháy cực nhanh biểu diễn các số một và số không. Tuynhiên, người ta còn chưa
biết làmthế nào để các tín hiệunhư thế có thể truyền qua các khoảngcách xa hơn
vì sau khoảng 20mét, chỉ còn 1% ánhsáng đi vào trong sợi thủy tinh.
Việc làm giảm sự mất mát này của ánhsáng trở thành một thách thức đối
với một người nhìn xa trôngrộng như Kao. Ôngchuyển đến Hồng Kông cùngvới
gia đìnhcủa mình vào năm 1948. Ông được đào tạo thành một kỹ sư điện tử vàbảo
vệ luận án tiến sĩ năm 1965ở Luân Đôn. Lúc đó, ôngcũngđã làm việctại Các
phòngthí nghiệm viễn thông tiêu chuẩn. Ở đó, ông đã nghiên cứu tỷ mỷ cácsợi
quangcùng với một đồng nghiệp trẻ tuổi làGeorge A. Hockham.Mục đích của họ là
còn lại ít nhất 1%ánh sángđi vào một sợi thủytinh sau khi ánh sáng đi được
quãngđường là 1 kilômét.
Tháng 1 năm 1966,Kao giớithiệu các kết luận của mình. Không phải các
khuyết tật trong sợi là vấnđề chính mà là thủy tinh được lọcsạch. Kaothừa nhận
rằng điều này là khả thinhưngrất khó. Mục đích là nhằm sản xuất thủytinh tinh
khiết chưa từngđạt đượctrước đó.
Thủy tinhđược chế tạo từ thạch anh – một loại khoáng cónhiều nhất
trên Trái Đất. Để sảnxuất thủytinh, người ta sử dụng các chất phụ gia khácnhau
như xôđa (cacbonatnatri)và vôi để đơn giản hóaquá trình.Tuy nhiên, để sản xuất
thủy tinhtinh khiết nhất trên thế giới Kao cho rằng có thể sử dụngthạchanh nóng
chảyvà silica (oxitsilic) nóng chảy. Sự nóng chảy xảy ra ở khoảng 2000
o
C. Nhiệt độ
này khóđiều khiểnnhưng từ đó người ta có thể chế tạo các sợi cực mảnh.
4 năm sauvào năm 1971, cácnhà khoahọc tại Corning Glass Works,
Mỹ – một nhà sảnxuất thủytinh với hơn 100 năm kinhnghiệm đã chế tạo ra một
sợi quangdài 1 kilômét bằngcách sử dụng các quá trình hóa học.
Các sợi cực mảnh bằng thủy tinh có thể dường như rất dễ vỡ.Tuy nhiên,

khi thủy tinh đượctạo ra ở dạng sợi dài thì cáctính chất củanó thayđổi. Nótrở
nên bền vững, nhẹ vàdễ uốn. Điềunày là điều kiện trước tiên để sợi cóthể được
chôn vùi, ngâm trong nướchoặc uốn cong quanh các góc. Không giống như các cáp
đồng, sợithủy tinh không nhạy với sự chiếu sáng và khônggiống như thông tin vô
tuyến, nó khôngbị ảnhhưởng bởi thời tiết xấu.
Năm 1988,cáp quang đầutiên đượckéo dọc theođáy Đại Tây Dương
giữaMỹ và châu Âu. Nó dài khoảng 6 000 km.Hiện nay,điện thoại và thôngtin dữ
liệu được truyền trong một mạng củacác sợi thủy tinh quangvớitổng chiều dài
lên tới hơn 1 tỷ km.
Thậmchí trongmột sợi thủy tinh có độ tinh khiết cao, tín hiệu bị suy yếu
nhẹ dọc theo đường đi và được tăng cường khinó được truyềnqua các khoảng
cách xa hơn. Nhiệm vụ này trước đây đòi hỏi kỹ thuật điệntử và bây giờ được thực
hiện nhờ các bộ khuếchđại quang. Điều này khắcphục những tổn haokhông cần
thiết xảy ra khi ánh sáng được biến đổi thànhtín hiệu điện tử và ngược lại.
Hiện nay 95%ánhsáng đượcgiữ lại sau khinó đi đượckhoảng cách là 1
km sovới mong muốn của Kao là1%. Hơn nữa,không thể chỉ ramột loại sợi đơn
giản duynhất. Việc lựa chọnxem có thể sử dụngloại sợi nào phụ thuộc vàocác
xem xét kỹ thuật, nhu cầu thông tinvà giá thành.
Các sợi bao hàm một sự tác động qua lại tinh tế giữakích thước, cáctính
chất vật liệu vàbước sóngánh sáng.Các lazebán dẫn và các điốt quang với kích
thướccủa một hạt cát làmđầy cácmạng của các sợi quangvới ánh sáng mà nó
mang hầu như toàn bộ điện thoại vàthông tin dữ liệu trên khắpthế giới. Ánh sáng
hồng ngoại vớibước sóng1,55 micrômét hiện nayđã được sử dụng cho toàn bộ
thông tin khoảngcách xa trongđó những tổn hao là thấp nhất.
Khả năngcủacác mạngcáp quangcòn tiếp tục tănglên với một tốc độ
đáng kinhngạc.Không cònlâu nữakhi mạngcáp quang có thể truyền hàng ngàn
gigabittrong một giây. Sự phát triểncông nghệ đang tiến theo hướngthông tin
ngày càng có nhiều tác động qua lại hơn trong đó các cápsợi quangđược thiết kế
để tiếp cận theo mọi cáchđến ngôi nhà của mọi người. Chúng ta làm gì với nólà
một câu hỏi hoàntoàn khác.

Đôi khicác phát minh xuấthiện hoàn toàn khôngtính trướcđược. Bộ
cảm biến ảnh gọi làthiết bị liênkết điệntích CCD làmột phát minhnhư thế. Không
có CCDthì sự phát triển của các máy ảnh kỹ thuật số sẽ chậmhơn. Không có CCD
thì chúngta sẽ không nhìn thấy các hình ảnh đángkinh ngạc của khônggianđược
chụp từ kính thiên văn không gian Hubble hoặc các hình ảnh của hoangmạcđỏ
trên saoHỏa.
Đó không phải là những điều mà các nhàphát minhCCD là Boyle và
Smith nghĩ đến khi họ bắt đầu công việcnghiên cứu của họ. Vào một ngày tháng 9
năm 1969,họ phác ra những nét chính về cơ sở của mộtbộ cảmbiến ảnhtrên
bảngđen trong văn phòng của Boyle. Khi đó, họ khôngnghĩ đến các bứcảnh chụp.
Mục đích của họ với CCD là nhằm phát hiện một bộ nhớ điện tử tốthơn.CCD như
là một bộ nhớ bây giờ đã bị quên lãng. Tuy nhiên, họ tìm ra mộtphần khôngthể
thiếuđược của công nghệ chụp ảnh hiệnđại. CCDcòn là một câu chuyện thành
công khác của kỷ nguyên điện tử của chúngta.
Cũng như nhiều thiếtbị khác trong côngnghệ điện tử, mộtbộ cảm biến
ảnh số CCD được làm bằng silic.Với kích thướccủa một con tem, tấm silic giữ hàng
triệutế bào quangđiện nhạysáng. Kỹ thuật chụp ảnhsử dụng hiệuứng quang điện
do AlbertEinstein(Giải NobelVật lý năm 1921)là người đầu tiênxây dựnglý
thuyết. Hiệu ứngxảy ra khiánh sángva chạmvào tấm silic và làm bật ra các điện
tử trong các tế bào quang điện. Các điện tử đượcgiải phóng tụ lại trong cáctế bào
mà chúng trở thành các giếng nhỏ đối với các điện tử. Lượngánhsáng càng lớn thì
số các điện tử làm đầy các giếng nàycàng nhiều.
Khi tácdụng một điện áp lên dãy CCD, lượng chứa bên trongcủa các
giếngcó thể được đọc mộtcách tuần tự.Các điện tử hết dãy này đến dãy khác rời
khỏi dãy lên trên một loại băng chuyền. Chẳng hạn như một dãycủa 10 x 10điểm
ảnh được biến đổi thànhmột chuỗi dài 100 điểm.Bằng cáchnày CCDbiến đổi ảnh
quangthành các tín hiệu điện mà chúngsau đó được chuyển thànhcác số một và
không.Mỗi mộttế bàokhi đó có thể đượcdựng lại như một điểm ảnhgọi là một
pixel. Khi nhânbề rộng của CCD tính theo pixel vớichiều cao của nó, ta thu được
dunglượng ảnh của bộ cảm biến. Như vậy, một CCD với 1280 x 1024 pixelcó dung

lượng là 1,3megapixel (1,3triệu pixel).
CCD dịch một ảnh thành màu đen vàmàu trắng. Dođó, cần sử dụngcác
bộ lọc khác nhau để thu đượcmàu sắc của ánhsáng. Một loại bộ lọc mà nó chứa
một trong các màu sắc cơ bản là màu đỏ, màuxanh lá cây và màulam đượcđặt
trên mỗimột tế bào trongbộ cảm biến ảnh.Nhờ độ nhạy của mắt người, số các
pixel màu xanh lá cây cầnphải lớn gấp đôi số các pixel màu lam hoặc màuđỏ. Có
thể dùng một số bộ lọc cho việc chụpảnh với chất lượngcao hơn.
Thựctế làý tưởng CCD của Boylevà Smith trong khoảnh khắc quẫn trí
ngắn của họ 40 năm trước đây có thể được qui cho chính kiến bên trong của xếp
của họ. Xếp củahọ tại Bell Labsnằm ở ngoài NewYork khuyến khíchhọ ưathích
thách thức và tham gia vào một cuộcthi liênquan đến sự phát triển của một bộ
nhớ bọt (một phát minh khác trongcác phát minh của Bell Labs)tốt hơn.Khi
Boyle và Smith hoàn thành thiết kế cơ bản của CCD, các kỹ thuật viên chỉ cần một
tuần để lắp ráp mẫu CCD đầu tiên. CCD như là một bộ nhớ đã bị quênlãng từ lâu
nhưng nó trở thành trungtâm củanhiều kỹ thuật chụp ảnh số.
Smith làm việc ở Bell Labstừ năm 1959 vàở đâyông được cấp 30 bằng
sáng chế. Khi ôngvề hưu năm 1986, ông dành toàn bộ thời giancủa mình cho niềm
đam mê suốt đời của mìnhlà đi thuyềntrên đại dương mà nó nhiềulần đưaông đi
khắpthế giới.
Năm 1969Boylecó nhiềuphát minhquan trọngchẳng hạn như phát
minh liên quan đến sự phát triển lazeánh sáng đỏ liên tụcđầu tiên trên thế giới.
Boyle sinhra ở một vùng xaxôi hẻo lánh củaNova Scotia ở Canađa và ôngđược
giáo dục tại gia đình bởi mẹ của mình cho đến năm 15 tuổi. Ôngbắt đầulàm việcở
BellLabs năm1953 và trongnhữngnăm 1960, ôngcùngvới 400 000 nhà khoahọc
ở Mỹ góp sứcđưa con người đầu tiên lên Mặt Trăng vào ngày20 tháng 7 năm 1969.
Những ưu việt củabộ cảm biến ảnh điện tử nhanh chóng được mọi người
thừanhận. Năm1970 khoảngmột nămsau phátminh này,Smith vàBoyle lần đầu
tiên chứng minhmột CCD trong cameraghi hình củahọ. Năm 1972, công ty
Fairchildcủa Mỹ đã thiết kế bộ cảm biến ảnh đầu tiên với 100 x 100pixel mà nó
được đưa vào sảnxuất một vài nămsau đó.Năm 1975 Boyle và Smithđã tự chế

tạo một cameraghi hình số với độ phân giải đủ cao để điều khiển phát sóng truyền
hình.
Năm 1981máy ảnhđầu tiên gắn với CCD xuất hiện trên thị trường. Điều
này mở đầu một sự số hóa định hướng thươngmại nhiều hơn tronglĩnh vực kỹ
thuật chụp ảnh.Năm 1986 bộ cảm biếnảnh 1,1 megapixel rađời và năm 1995máy
chụp ảnh ảnhkỹ thuật số hoàn toàn đầu tiênxuất hiện.Các nhà sản xuất máy ảnh
trên khắp thế giớinhanh chóngứng dụng thành tựu này và thị trường tràn ngập
các máy ảnh kỹ thuật số ngày càngnhỏ hơn và rẻ hơn.
Các máy ảnh cótrang bị các bộ cảm biến ảnh thay chophim ảnh mở ra
một kỷ nguyên mới trong lịch sử chụp ảnhvà kết thúckỷ nguyên phimảnh. Kỷ
nguyênphim ảnh bắt đầu từ năm 1939 khiLouis Daguerre trình bày phát minh
phim ảnh củamìnhViện hàn lâm Khoa họcPháp.
Máy ảnh kỹ thuật số với CCD làmột thành côngthương mại khi nóthâm
nhập vào cuộcsống hàng ngày. CCD saukhi rađời bị thách thức bởi một công nghệ
khác gọi là Bán dẫn ôxit kimloại bổ sung CMOS(Complementary Metal Oxide
Semiconductor).CMOS đượcphát minh gần như cùng lúc với CCD. Cả haicông
nghệ này đều sử dụng hiệuứng quang điện nhưng trong lúc các điệntử tụ tập
trong một “cuộctuần hành” CCD xếphàng để được đọc thì mỗimột tế bào quang
điện trongmộtCMOS đượcđọc trênđúng vị trí của nó.
CMOS tiêu thụ ít năng lượng hơn nên các bộ pinkéo dài lâu hơn và một
thời gian dài nó cũng rẻ hơn so với CCD.Tuy nhiên, người ta cũng tínhđến các
mức tạp âm vàsự mất mát chấtlượng ảnh cao hơn của CMOS. Dođó, CMOS không
đủ nhạy đối với nhiều ứng dụng quan trọng. CMOS hiện nay thườngđược sử dụng
đối với chụp ảnh quađiện thoại cầm tay và các loại chụpảnh khác.Tuy nhiên, cả
CCD và CMOS đang liên tục được phát triển và chúng có thể đổi lẫn cho nhau trong
nhiều ứng dụng.
Ba năm trước đây (2006),CCD đã chọc thủng giới hạn 100megapixel và
mặc dùchất lượngảnh khôngchỉ phụ thuộc vào số các pixel, việc vượt qua giới
hạn này đượcxem như manglại cho kỹ thuậtchụp ảnh số một bước tiến mới trong
tương lai.Có nhữngngười dự đoán rằng tương lai thuộc về CMOS hơn là thuộc về

CCD. Một số người khác chorằng cả haicông nghệ CMOS vàCCD sẽ tiếp tục bổ
sunglẫn nhau trongmộtthời giandài.
Lúc đầukhông mộtngười nào dám dự đoán rằng CCD sẽ không thể thiếu
được trong lĩnh vực thiên văn học. Tuynhiên, chính xáclà nhờ có công nghệ số mà
máy ảnh góc rộngtrên kính thiên văn không gian Hubblecó thể gửi các hình ảnh
đáng kinhngạc về Trái Đất. Bộ cảm biếncủa máy ảnh lúc đầu chỉ baogồm 0,64
megapixel. Tuy nhiên, khi bốn bộ cảm biến đượcnối với nhau thì chúng cung cấp
tổng cộng là 2,56megapixel.Đó làmột việc lớn trong những năm 1980 khi người
ta chế tạo ra kínhthiên văn không gian.Hiện nay,vệ tinh Kepler được trang bị một
bộ cảm biến hình menrạn 95 megapixelvà người ta hivọng rằngnó sẽ phát hiện
các hànhtinh kiểu Trái Đấtxung quanh các ngôi sao khác với Mặt Trời.
Các nhàthiên văn học sớm nhận ra các ưu điểmcủa bộ cảm biến ảnh số.
Nó trải rộng toànphổ ánh sáng từ tia X đếnánh sáng hồng ngoại. Nó nhạyhơn
phim ảnh 1000 lần. Trong số 100 hạtánh sángđi tới, mộtCCD có thể bắt được90
hạt trongkhi một kính ảnhhoặc mắtngười chỉ bắt được một hạt.Trong mộtvài
giây,có thể thuthập ánh sáng từ các thiênthể ở xa nhờ CCD trong khitrướcđây
người ta phải mất một vàigiờ. Lượngánh sángcàng lớnthì số điện tử càng nhiều.
Năm 1974bộ cảm biến ảnhđầu tiênđã được sử dụngđể chụp ảnh Mặt
Trăng. Đó là các bứcảnh thiênvăn đầu tiên được chụp với mộtmáy ảnhsố. Với tốc
độ của tia chớp,các nhà thiên văn họcchấp nhậncông nghệ mới này. Năm 1979
một máy ảnh số với độ phân giải là 320 x 512pixel đượclắp đặttrên mộttrong các
kính thiên văntại Kitt Peakở Arizona, Mỹ.
Ngày nay,mỗi khisử dụng đến chụp ảnh,viđeo hoặctruyền hình, người
ta thườngbaohàm các bộ cảm biến ảnh số trong quá trình.Chúng rất có ích đối
với các mục đíchgiám sátcả trên Trái Đất và trong không gian.Hơn nữa, công
nghệ CCD được sử dụng trongmột loạt các ứng dụng y học như chụp ảnh nội tạng
cơ thể người cả đối với cả chẩn đoán và thao tác phẫu thuật. Bộ cảm biến ảnh số
trở thành một thiết bị đượcsử dụng rộngrãi trong dịch vụ khoahọc ở cả đáyđại
dươngvà trongkhong gian.Nó có thể phát hiện các chi tiết tinhtế trong các đối
tượng ở rất xavà cực nhỏ. Theo con đường này, những sự đột phá khoahọc và

công nghệ đan xenlẫn nhau.
CharlesKuen Kao là côngdân của cả AnhvàMỹ. Ôngsinh năm 1933tại
Thượng Hải (TrungQuốc). Ông bảo vệ luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điệnnăm 1965 tại
Cao đẳngHoànggia LuânĐôn (Anh). Ônglà giám đốc kỹ thuật tạiCác phòng thí
nghiệmviễn thôngtiêu chuẩn ở Harlow (Anh), phóhiệu trưởng danh dự Đại học
Hong Kong Trung Quốc và nghỉ hưu năm 1996.
Willard Sterling Boylelà công dân củacả Canađa và Mỹ. Ông sinhnăm
1924 tại Amherst,NS, Canađa. Ông bảo vệ luận án Tiến sĩ Vậtlý năm1950 tại Đại
học McGill, QC, Canađa. Ông làgiám đốc điều hành của Nhóm khoahọc thông tin
thuộcBell Labs ở Murray Hill,NJ, Mỹ và nghỉ hưu năm 1979.
George Elwood Smithlà công dân Mỹ. Ôngsinh năm1930 tại White
Plains, NY,Mỹ.Ông bảo vệ luậnán Tiến sĩ Vật lý năm 1959 tạiĐại họcChicago,IL,
Mỹ. Ônglà trưởngPhòng Thiết bị VLSI thuộcBell Labs,Murray Hill, NJ, Mỹ vànghỉ
hưunăm 1986. Dr.Smith là thành viên của cáctổ chứcP.Mu.Epsilon, Phi.Beta
Kappa và Sigma; hộiviên Viện Kỹ sư điện vàđiện tử IEEEvà Hội Vật lý Mỹ và viện
sĩ Viện Hàn lâm Kỹ thuật Quốc gia. Ông đượccấp 31 bằng sáng chế củaMỹ và tác
giả của hơn 40bài báo khoa học.Smithđã được trao tặng Giải thưởng năm 1997
của Hội Các thiết bị điện tử thuộc IEEE.Đóng góp kỹ thuật chủ yếu của ông là sự
khởi đầu vào năm1970 của CCD cùng với Boyle.CCD đã được cấp bằng sángchế
của Mỹ. Smith và Boyle đã công bố bài báo đầu tiên đưa rakhái niệm CCD kèm
theo mọt bài báovề xácminh thực nghiệmcủa nó vàonăm 1970.
Boyle vàSmith đã được trao tặng Huy chươngStuart Ballentine năm
1973 của Viện Franklin, Giải thưởngMorris N. Liebmann năm 1974của IEEE, Huy
chương Tiến bộ năm 1986 của Hội Nhiếp ảnhMỹ, Giải thưởng Đột phá năm 1999
của Hội nghị Nghiên cứu thiết bị của IEEE,Huy chươngEdwin H.Land năm 2001
của Hội Khoa học và Công nghệ chụp ảnh và Giải thưởngC&C (Máy tính và Thông
tin liên lạc) năm1999 của Liên đoànNEC, NhậtBản.