Nhà vật lý Robert Williams Wood đã có nhiều đóng góp quan trọng trong lĩnh vực quang học. Nổi bật nhất trong số đó là việc sáng chế ra một tấm lọc ánh sáng đặc biệt để giúp ông chụp những bức ảnh hồng ngoại đầu tiên.
Chụp ảnh hồng ngoại là công nghệ được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và có vô số ứng dụng thực tế khác nhau. Đây cũng là sở thích phổ biến của các nhiếp ảnh gia chuyên nghiệp và nghiệp dư. Người phát minh ra công nghệ này – cũng như công nghệ chụp ảnh bằng tia cực tím – là nhà vật lý Robert Williams Wood người Mỹ. Ông nổi tiếng trong giới khoa học với những nghiên cứu về quang học và quang phổ.
Bức xạ hồng ngoại được phát hiện vào năm 1800 bởi Frederick William Herschel, người đã khám ra sao Thiên Vương [hành tinh thứ bảy trong hệ Mặt trời] nhờ sử dụng kính thiên văn phản xạ do ông tự chế tạo. Để tiến hành thí nghiệm, Herschel sơn đen bầu của 3 chiếc nhiệt kế [bầu nhiệt kế là nơi thường chứa chất lỏng thủy ngân hoặc rượu]. Sau đó, ông đặt phần đầu một chiếc nhiệt kế nằm trong quang phổ Mặt trời do lăng kính tạo ra, và hai chiếc nhiệt kế còn lại đặt phía bên ngoài vùng quang phổ này để đối chiếu. Ông nhận thấy khi di chuyển nhiệt kế trên phổ ánh sáng từ màu tím sang màu đỏ, nhiệt độ nhiệt kế tăng dần. Thêm vào đó, chiếc nhiệt kế đặt phía bên ngoài đầu đỏ của dải quang phổ có nhiệt độ cao nhất. Thí nghiệm này là quan sát đầu tiên về ánh sáng vượt ra ngoài quang phổ nhìn thấy được.
Kỹ thuật nhiếp ảnh ra đời vào thế kỷ 19. Nhưng trong giai đoạn đầu, người ta chưa thể tạo ra các bức ảnh hồng ngoại do hóa chất dùng để chụp ảnh không nhạy cảm với bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến [ánh sáng nhìn thấy bằng mắt thường]. Wood đã giải quyết được vấn đề này, từ đó góp phần không nhỏ vào sự phát triển của ngành công nghiệp nhiếp ảnh.
Wood sinh ra tại Concord, bang Massachusetts (Mỹ) vào năm 1868. Dự định ban đầu của ông là trở thành một linh mục. Vào một đêm nọ, ông quan sát cực quang và muốn tìm hiểu nguyên nhân gây ra hiện tượng này. Do đó, ông quyết định thay đổi mục tiêu và theo đuổi con đường nghiên cứu quang học. Sau thời gian học tập tại Đại học Harvard, Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Đại học Chicago, ông trở thành giảng viên của Đại học Johns Hopkins vào năm 1901, nơi ông công tác cho đến khi qua đời năm 1955.
Ngay từ lúc bắt đầu sự nghiệp, Wood đã làm “dậy sóng” cộng đồng khoa học khi chứng minh kết quả nghiên cứu của nhà vật lý nổi tiếng người Pháp René Blondlot là sai lầm. Blondlot cho rằng mình đã phát hiện một loại bức xạ mới gọi là tia N. Do không thể tái tạo lại kết quả nghiên cứu của Blondlot, Wood tới Pháp vào năm 1904 để trực tiếp quan sát thí nghiệm. Wood loại bỏ một lăng kính quan trọng ra khỏi bộ dụng cụ giữa các lần thử nghiệm nhân lúc Frenchman không chú ý. Trong khi Blondlot vẫn tuyên bố quan sát tia N trong lần thử nghiệm thứ hai, Wood kết luận rằng anh ta đang tự lừa dối bản thân mình, đồng thời viết một lá thư gửi tới Nature yêu cầu gỡ bỏ kết quả nghiên cứu của Blondlot.
Một năm trước đó [năm 1903], Wood sáng chế thành công một bộ lọc đặc biệt để chụp ảnh. Bộ lọc làm từ thành phần nitroso-dimethyl-aniline kết hợp với một lượng nhỏ thuốc nhuộm uranine. Nó có khả năng lọc ánh sáng nhìn thấy bằng mắt thường nhưng tia cực tím vẫn truyền qua được. Bộ lọc cũng cho phép ánh sáng hồng ngoại truyền qua, mặc dù đòi hỏi thời gian phơi sáng rất lâu. Wood đã sử dụng nó để chụp những bức ảnh hồng ngoại và huỳnh quang cực tím đầu tiên.
Wood công bố những bức ảnh hồng ngoại của mình trên tạp chí của Hiệp hội Nhiếp ảnh Hoàng gia Anh vào tháng 10/1910. Ông cũng sử dụng một số bức ảnh hồng ngoại để làm hình minh họa cho bài báo về các hiệu ứng quang học, bao gồm cái gọi là “Hiệu ứng Wood”. Trong những bức ảnh hồng ngoại, da người sẽ có màu trắng sữa và bầu trời mang màu đen – hiện tượng tán xạ Rayleigh làm cho bầu trời xanh không tán xạ nhiều ánh sáng hồng ngoại. Ngoài ra, các bước sóng hồng ngoại có thể xuyên qua vài milimet bên dưới lớp hạ bì của da trước khi phản xạ ngược trở lại. Do đó, chúng ta có thể dễ dàng chụp ảnh các mạch máu bằng tia hồng ngoại.
Wood không quan tâm nhiều đến việc thu lợi nhuận từ bộ lọc mới, mặc dù trong cuộc Chiến tranh Thế giới lần thứ nhất các tấm kính ảnh nhạy với ánh sáng hồng ngoại được sử dụng rộng rãi để phân tích quang phổ. Cho đến những năm 1930, các bộ phim quay bằng kỹ thuật hồng ngoại bắt đầu xuất hiện. Đến thập niên 1960, công ty Kodak tạo ra phim hồng ngoại giả màu và kỹ thuật nhiếp ảnh hồng ngoại trở nên phổ biến. Một số ngôi sao ca nhạc như Jimi Hendrix và Frank Zappa cũng từng sử dụng các bức ảnh hồng ngoại trên bìa album nhạc của họ.
Ngày nay, công nghệ chụp ảnh hồng ngoại được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các bệnh của thực vật [cho thấy những thay đổi về sắc tố hoặc vật liệu tế bào], phát hiện sự bất thường của sợi vải trong ngành công nghiệp dệt may, áp dụng trong kỹ thuật chụp ảnh bằng kính hiển vi, trở thành một công cụ phòng thí nghiệm tiêu chuẩn để chụp ảnh các tài liệu bị phai màu hoặc hư hỏng. Người ta cũng dùng nó trong lĩnh vực điều tra tội phạm để kiểm tra và xác định vải, sợi và tóc. Wood có lẽ sẽ hài lòng khi thấy công nghệ chụp ảnh hồng ngoại của mình trở nên phổ biến như hiện nay.
Trong khi chuyên ngành của Wood là quang học, ông cũng có những đóng góp quan trọng trong lĩnh vực siêu âm. Ông đã hướng dẫn cho các sinh viên biết cách chụp ảnh sóng âm thanh phát ra từ một tia lửa điện. Trong Thế chiến I, Wood tham gia làm việc trong phòng thí nghiệm của Paul Langevin. Ông nghiên cứu cách sử dụng sóng siêu âm để phát hiện tàu ngầm.
Năm 1926, ông hợp tác với Alfred Lee Loomis phát triển nguồn siêu âm công suất cao. Các thí nghiệm của họ tiết lộ rằng sóng siêu âm công suất lớn có thể làm tan chảy phần bên trong của một khối băng trước khi làm tan chảy phần bên ngoài, phá vỡ các tế bào sống và giết chết ếch, chuột, cá nhỏ chỉ với một hoặc hai phút tiếp xúc.
Trong sự nghiệp khoa học của mình, Wood đã hỗ trợ cảnh sát điều tra vụ đánh bom Phố Wall nổi tiếng năm 1920. Ông cũng thường được ghi nhận là người phát minh ra hơi cay. Ngoài các chuyên luận khoa học, ông là đồng tác giả của hai tiểu thuyết khoa học viễn tưởng “Người đàn ông làm rung chuyển Trái đất” và “Người tạo ra Mặt trăng”.