När Alexei Tolstoy 1927 slutförde arbetet med sin nya roman "Ingenjör Garins hyperboloid" trodde han knappast att han någonsin skulle kallas författaren till laseridén och visionären som förutspådde framväxten av en ny vetenskaplig och teknisk disciplin - fotonik. Men i en sak visade sig hans framsynthet vara hundra procent: "hyperboloider" kommer verkligen att vända världen upp och ner.
QUANTUM BEAM
För första gången beskrevs "värmestrålar", som brände allt omkring, av HG Wells i romanen "Världens krig", publicerad 1898. Idén verkade produktiv: science fiction-författare, journalister och till och med auktoritativa forskare började diskutera hypotetiska strålar. Till exempel hävdade den berömda uppfinnaren Nikola Tesla att han arbetade med "dödsstrålar" (han kallade dem Teleforce), som var en "koncentrerad stråle av partiklar" och borde enligt hans plan stoppa alla krig, eftersom det inte finns något försvar mot dem. Ack, men fredsskapande "dödsstrålar" var tydligen från de uppfinningar av Tesla, som han aldrig lyckats få liv.
Det verkliga sättet att skapa högenergistrålar påpekades av Albert Einstein, som 1916 lade fram en hypotes om förekomsten av stimulerad strålning. Han sa att det verkligen är möjligt att föra ett föremåls atomer till ett upphetsat tillstånd, varefter det aktivt kommer att börja sända ut fotoner och inom det önskade spektrumområdet. Senare underbyggde Paul Dirac Einsteins hypotes inom kvantmekanikens ram, och experimentell bekräftelse av förekomsten av stimulerad strålning erhölls 1928.
Men utseendet på de första enheterna som kunde avge en riktad högenergistråle fick vänta. Prioriteten inom detta område tillhör den amerikanska fysikern Theodore Maiman. Den 16 maj 1960 demonstrerade han för kollegor arbetet med den första lasern - en optisk kvantgenerator, som fick sitt namn från förkortningen LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Som ett aktivt medium (det vill säga ett föremål i ett upphetsat tillstånd) använde Maiman en konstgjord rubinkristall som bestrålades av en gasurladdningslampa och avgav ett smalt riktat ljusflöde. Därefter grundade fysikern sitt eget företag, Corad Corporation, som blev en ledande utvecklare av högeffektiva lasrar.
LASERS FRAMTID
Kampanjvideo:
Det är svårt att föreställa sig den moderna världen utan lasrar. De används nästan överallt. Lasers förmåga att skapa ett kraftfullt energiflöde gör att de kan användas i industrin: för skärning, svetsning, lödning, märkning och gravering. Eftersom strålen kan fokuseras till en mikronstorlek är den idealisk för att göra kretskort och halvledaranslutningar. Strålens exakta riktning gör det möjligt att skapa läsanordningar och medicinsk utrustning. Etc.
Försök har gjorts för att bygga balkvapen. Till exempel har amerikanska militära ingenjörer utformat SHEL-lasersystemet som ska användas på ett Boeing 747 YAL-1 specialflygplan. Den var utformad för att skjuta ner fiendens ballistiska missiler. Mer än 5 miljarder dollar spenderades på projektet, och under tester som hölls i februari 2010 sköt lasern till och med ner tre målmissiler. På grund av avvikelsen mellan de faktiska egenskaperna och de deklarerade stängdes dock projektet.
Men stridslaser kan användas för fredliga ändamål. På grundval av ett bilkomplex för att bekämpa missiler, byggt under sovjettiden, av insatser från specialister från Troitsk Institute for Innovation and Thermonuclear Research, designades en kollaserinstallation MLTK-50. Det har visat utmärkta resultat när det gäller att släcka en brand vid en gasbrunn i Karachaevsk, bryta upp en bergmassa, dekontaminera betongytan vid ett kärnkraftverk genom att skala och bränna av en oljefilm på ytan av vattenområdet. Dessutom planeras det på grundval av att skapa lasrar för restaurering av gnugga ytor i olika industriella enheter och till och med för förstöring av skadliga insekter som gräshoppor.
GRUNDLÄGGANDE FOTONIK
Det är uppenbart att laserteknik kommer att utvecklas ytterligare. De mest lovande användningsområdena är holografiska skärmar, termonukleär kraftteknik, forskningssystem för interplanetära fordon. Men relativt nyligen har en riktning dykt upp inom tillämpad vetenskap som kan revolutionera hela den moderna elektroniska basen. Vi pratar om fotonik som bedriver grundläggande och praktisk forskning inom användning av optiska signaler. I själva verket är det analogt med elektronik, endast fotoner som släpps ut av lasrar används istället för elektroner.
Det är intressant att fotonik "föddes" vid Leningrad State University: 1970 etablerades till och med en motsvarande avdelning där och den sovjetiska akademikern Alexander Nikolaevich Terenin blev dess grundare. Från det ögonblicket började den vetenskapliga skolan utvecklas, vilket förde vårt land till ledarna för fotonik. Den mest kända enheten som utvecklats enligt dess principer är fiberoptiska kablar, vilket dramatiskt ökade genomströmningen av informationskanaler.
Idag utförs huvudarbetet med fotonik vid ryska universitet och Stiftelsen för avancerad forskning. totalt är över 850 organisationer anställda. Till exempel har ett projekt inletts för att modernisera radaranläggningarna för vår armé. Övergången från en elektronisk till en fotonisk bas gör det möjligt att minska storleken på radarstationer (en byggnad med flera våningar kommer att förvandlas till en liten skåpbil) och öka deras effektivitet (upplösning och immunitet mot elektromagnetisk störning kommer att öka). Det är anmärkningsvärt att utvecklarna omedelbart tänker på den civila tillämpningen av denna teknik: kompakta radar kan användas i höghastighetståg och bilar för att omedelbart upptäcka hinder. Dessutom kommer tekniken att användas för att skapa "smart" flygplansskinn, tack vare vilken hela flygkroppen blir en kraftfull radar,låter piloter se allt som händer runt deras "sida" under flygningen.
FOTONVÄRLD
Fotonik utvecklas i flera riktningar. De yngsta av dem är optoinformatik och radiofotonik. Deras syfte följer av namnet: de är avsedda att ersätta befintlig dator- och nätverksteknik. För att visa fördelarna som fotonik ger inom detta område är det tillräckligt att nämna att den ultrasnabba fotonomkopplaren som skapats vid Moscow State University gör det möjligt att höja dataöverföringshastigheten över fiberoptisk kabel till hundratals terabit per sekund (gränsen för moderna kablar är hundra terabit per sekund). Framväxten av fotonisk kommunikation, som kommer att ersätta de klassiska, gör det också möjligt att halvera energiförbrukningen och därmed kostnaden för datalagring och lagringssystem. Till exempel i USA förbrukar datacenter redan 2% av all producerad energi,och besparingarna i övergången till fotoner kommer att bli mycket betydelsefulla.
Uppgiften för den närmaste framtiden är att skapa en fotonisk dator, som, som man tror, kommer att överträffa system baserat på halvledare i dess prestanda avsevärt. Dess anslutning till höghastighetsoptisk kommunikation och ljuskänsliga ytor öppnar vägen för framväxten av intelligenta enheter av en helt ny typ - miniatyr och mobil, men har samtidigt förmågan att bearbeta icke-kodad information och självlärning. Det är mycket troligt att det är från fotonik som en artificiell intelligens en dag kommer att fötas.
I romanerna från moderna science fiction-författare kan man hitta superväsen "vävda" från ljus- och kraftfält, kraftfulla och välvilliga. Kanske kommer denna bild att visa sig vara en profetisk vision - precis som bilderna av "värmestrålar" och "hyperboloid" visade sig vara profetiska.
Anton Pervushin