Kiedy w 1927 roku Aleksiej Tołstoj zakończył pracę nad swoją nową powieścią „Hiperboloida inżyniera Garina”, prawie nie pomyślał, że kiedykolwiek zostanie nazwany autorem idei laserowej i wizjonerem, który przewidział pojawienie się nowej dyscypliny naukowo-technicznej - fotoniki. Ale z jednej strony jego przewidywanie okazało się w stu procentach: „hiperboloidy” naprawdę wywrócą świat do góry nogami.
QUANTUM BEAM
Po raz pierwszy promienie „ciepła” spalające wszystko dookoła zostały opisane przez H. G. Wellsa w powieści „Wojna światów”, opublikowanej w 1898 roku. Pomysł wydawał się produktywny: pisarze science fiction, dziennikarze, a nawet autorytatywni naukowcy zaczęli dyskutować o hipotetycznych promieniach. Na przykład słynny wynalazca Nikola Tesla twierdził, że pracował nad „promieniami śmierci” (nazwał je Teleforce), które były „skoncentrowaną wiązką cząstek” i powinny, zgodnie z jego planem, zatrzymać wszystkie wojny, ponieważ nie ma przed nimi obrony. Niestety, pokojowe „promienie śmierci” najwyraźniej pochodziły z wynalazków Tesli, których nie udało mu się wprowadzić w życie.
Na prawdziwy sposób tworzenia promieni wysokoenergetycznych wskazał Albert Einstein, który w 1916 roku postawił hipotezę o istnieniu promieniowania wymuszonego. Powiedział, że naprawdę możliwe jest wprowadzenie atomów dowolnego obiektu w stan wzbudzony, po którym zacznie on aktywnie emitować fotony, w wymaganym zakresie widma. Później Paul Dirac uzasadnił hipotezę Einsteina w ramach mechaniki kwantowej, a eksperymentalne potwierdzenie istnienia promieniowania wymuszonego uzyskano w 1928 roku.
Jednak pojawienie się pierwszych urządzeń zdolnych do emitowania kierunkowej wiązki wysokiej energii musiało poczekać. Priorytet w tej dziedzinie należy do amerykańskiego fizyka Theodore'a Maimana. 16 maja 1960 r. Zademonstrował współpracownikom działanie pierwszego lasera - optycznego generatora kwantowego, którego nazwa pochodzi od skrótu LASER (Wzmocnienie światła przez stymulowaną emisję promieniowania). Jako ośrodek aktywny (to znaczy obiekt w stanie wzbudzonym) Maiman użył sztucznego kryształu rubinu, który został napromieniowany lampą wyładowczą i wyemitował wąsko skierowany strumień światła. Następnie fizyk założył własną firmę Corad Corporation, która stała się czołowym producentem laserów dużej mocy.
PRZYSZŁOŚĆ LASERÓW
Film promocyjny:
Trudno wyobrazić sobie współczesny świat bez laserów. Są używane prawie wszędzie. Zdolność laserów do wytwarzania strumienia energii o dużej mocy pozwala na ich zastosowanie w przemyśle: do cięcia, spawania, lutowania, znakowania i grawerowania. Ponieważ wiązka może być zogniskowana do punktu wielkości mikrona, jest idealna do tworzenia płytek drukowanych i połączeń półprzewodnikowych. Precyzyjna kierunkowość wiązki umożliwia tworzenie urządzeń do czytania i sprzętu medycznego. Itp.
Podejmowano próby zbudowania broni strumieniowej. Na przykład amerykańscy inżynierowie wojskowi zaprojektowali system laserowy SHEL do zastosowania w specjalnym samolocie Boeing 747 YAL-1. Został zaprojektowany do zestrzeliwania pocisków balistycznych wroga. Na projekt wydano ponad 5 miliardów dolarów, a podczas testów, które odbyły się w lutym 2010 roku, laser zestrzelił nawet trzy docelowe pociski. Jednak ze względu na rozbieżność między cechami rzeczywistymi a deklarowanymi projekt został zamknięty.
Jednak lasery bojowe mogą być używane do celów pokojowych. Na podstawie kompleksu samochodowego do zwalczania rakiet, zbudowanego w czasach radzieckich staraniem specjalistów z Troickiego Instytutu Badań Innowacyjnych i Fuzji, zaprojektowano instalację lasera węglowego MLTK-50. Wykazał doskonałe wyniki w gaszeniu pożaru odwiertu gazowego w Karaczewsku, rozbiciu górotworu, odkażeniu powierzchni betonu w elektrowni jądrowej poprzez złuszczenie i wypalenie filmu olejowego na powierzchni wody. Ponadto na jego podstawie planowane jest stworzenie laserów do przywracania trących powierzchni różnych jednostek przemysłowych, a nawet niszczenia szkodliwych owadów, takich jak szarańcza.
PODSTAWY FOTONIKI
Oczywiste jest, że technologie laserowe będą się dalej rozwijać. Najbardziej obiecujące obszary ich zastosowania to ekrany holograficzne, energetyka termojądrowa, systemy badawcze pojazdów międzyplanetarnych. Jednak stosunkowo niedawno w naukach stosowanych pojawił się kierunek, który może zrewolucjonizować całą nowoczesną bazę elektroniczną. Mowa o fotonice, która zajmuje się podstawowymi i praktycznymi badaniami w zakresie wykorzystania sygnałów optycznych. W rzeczywistości jest to analogiczne do elektroniki, zamiast elektronów używane są tylko fotony emitowane przez lasery.
Co ciekawe, fotonika „narodziła się” na Leningradzkim Uniwersytecie Państwowym: w 1970 r. Utworzono tam nawet odpowiedni wydział, a jego założycielem został radziecki akademik Aleksander Nikołajewicz Terenin. Od tego momentu zaczęła się rozwijać szkoła naukowa, dzięki czemu nasz kraj stał się liderem fotoniki. Najbardziej znanym urządzeniem opracowanym na jego zasadach są kable światłowodowe, które radykalnie zwiększyły przepustowość kanałów informacyjnych.
Obecnie główne prace nad fotoniką prowadzone są na rosyjskich uniwersytetach i w Advanced Research Foundation; w sumie zatrudnionych jest ponad 850 organizacji. Na przykład rozpoczęto projekt modernizacji urządzeń radarowych dostępnych dla naszej armii. Przejście z bazy elektronicznej na fotonową zmniejszy rozmiary stacji radarowych (wielokondygnacyjny budynek zamieni się w małą furgonetkę) i zwiększy ich wydajność (wzrośnie rozdzielczość i odporność na zakłócenia elektromagnetyczne). Warto zauważyć, że twórcy od razu myślą o cywilnym zastosowaniu tej technologii: kompaktowe radary mogą być używane w szybkich pociągach i samochodach do natychmiastowego wykrywania przeszkód. Ponadto technologia posłuży do stworzenia „inteligentnej” skórki samolotu, dzięki której cały kadłub zamieni się w potężny radar,umożliwienie pilotom zobaczenia wszystkiego, co dzieje się wokół ich „boku” podczas lotu.
FOTON WORLD
Fotonika rozwija się w kilku kierunkach. Najmłodsze z nich to optoinformatyka i radiofotonika. Ich przeznaczenie wynika z nazwy: mają zastąpić dotychczasowe technologie komputerowe i sieciowe. Aby pokazać zalety, jakie zapewnia fotonika w tym obszarze, wystarczy wspomnieć, że ultraszybki przełącznik fotoniczny stworzony na Moskiewskim Uniwersytecie Państwowym umożliwia zwiększenie szybkości transmisji danych po kablu światłowodowym do setek terabitów na sekundę (limit dla nowoczesnych kabli to sto terabitów na sekundę). Pojawienie się komunikacji fotonicznej, która zastąpi klasyczne, umożliwia także zmniejszenie o połowę zużycia energii, a tym samym kosztów systemów przechowywania i przechowywania danych. Na przykład w USA centra danych zużywają już 2% całej wyprodukowanej energii,a oszczędności w przejściu na fotony będą bardzo znaczące.
Wyzwaniem na najbliższą przyszłość jest stworzenie komputera fotonicznego, który, jak się uważa, znacznie przewyższa systemy półprzewodnikowe pod względem wydajności. Jego połączenie z szybką komunikacją optyczną i powierzchniami wrażliwymi na światło otwiera drogę do pojawienia się inteligentnych urządzeń zupełnie nowego typu - miniaturowych i mobilnych, ale jednocześnie posiadających zdolność przetwarzania niekodowanych informacji i samouczenia się. Jest wysoce prawdopodobne, że z fotoniki pewnego dnia narodzi się sztuczna inteligencja.
W powieściach współczesnych pisarzy science fiction można znaleźć super-istoty „utkane” z pól światła i sił, potężne i dobroczynne. Być może ten obraz okaże się wizją proroczą - tak jak prorocze okazały się obrazy „promieni ciepła” i „hiperboloidy”.
Anton Pervushin