Amikor Alekszej Tolsztoj 1927-ben befejezte új munkáját "Garin mérnök hiperboloidja" címmel, aligha gondolta, hogy valaha is a lézerötlet szerzőjének és látnoknak hívják, aki egy új tudományos és technikai tudományág - a fotonika - megjelenését jósolta. De egy dologban az előrelátása százszázalékosnak bizonyult: a "hiperboloidok" valóban felforgatják a világot.
KVANTUMSUGAR
Először írta le HG Wells az 1898-ban megjelent "Világok háborúja" című regényben a mindent körülégető "hő" sugarakat. Az ötlet produktívnak tűnt: a tudományos-fantasztikus írók, újságírók, sőt tekintélyes tudósok elkezdtek hipotetikus sugarakról vitatkozni. Például a híres feltaláló, Nikola Tesla azt állította, hogy "halálsugarakon" dolgozik (Teleforce-nak nevezte őket), amelyek "koncentrált részecskesugár" voltak, és tervének megfelelően le kell állítaniuk minden háborút, mivel ellenük nincs védekezés. Jaj, de a béketeremtő "halálsugarak" nyilvánvalóan azokból a Tesla találmányokból származnak, amelyeket soha nem sikerült életre hívnia.
A nagy energiájú sugarak létrehozásának valódi módjára Albert Einstein mutatott rá, aki 1916-ban feltett hipotézist a stimulált sugárzás létezéséről. Azt mondta, hogy valóban lehetséges bármely tárgy atomjait gerjesztett állapotba hozni, amely után aktívan fotonokat bocsát ki, és a kívánt spektrumtartományban. Később Paul Dirac igazolta Einstein hipotézisét a kvantummechanika keretében, és 1928-ban kísérleti megerősítést kaptak a stimulált sugárzás létezéséről.
Az első, nagy energiájú sugár kibocsátására képes eszközök megjelenésére azonban várni kellett. A prioritás ezen a területen Theodore Maiman amerikai fizikusé. 1960. május 16-án bemutatta kollégáinak az első lézer - egy optikai kvantumgenerátor - munkáját, amelynek nevét a LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) rövidítésről kapta. Aktív közegként (vagyis gerjesztett állapotban lévő tárgyként) Maiman mesterséges rubinkristályt használt, amelyet gázkisüléses lámpával besugároztak, és szűken irányított fényáramot bocsátott ki. Ezt követően a fizikus megalapította saját cégét, a Corad Corporation-t, amely a nagy teljesítményű lézerek vezető fejlesztőjévé vált.
A LÉZEREK JÖVŐJE
Promóciós videó:
Nehéz elképzelni a modern világot lézerek nélkül. Szinte mindenhol használják. Az a képesség, hogy a lézerek nagy teljesítményű energiaáramot hoznak létre, lehetővé teszi az ipari felhasználást: vágásra, hegesztésre, forrasztásra, jelölésre és gravírozásra. Mivel a nyaláb mikron méretű pontra fókuszálható, ideális nyomtatott áramköri lapok és félvezetői kapcsolatok készítéséhez. A sugár pontos iránya lehetővé teszi olvasóeszközök és orvosi berendezések létrehozását. Stb.
Kísérleteket tettek sugárfegyverek gyártására. Például az amerikai hadmérnökök egy SHEL lézer rendszert terveztek egy Boeing 747 YAL-1 speciális repülőgépen történő telepítésre. Úgy tervezték, hogy ellenséges ballisztikus rakétákat lőjön le. Több mint 5 milliárd dollárt költöttek a projektre, és a 2010 februárjában lezajlott tesztek során a lézer három célrakétát is lelőtt. A tényleges és a deklarált jellemzők közötti eltérés miatt azonban a projekt lezárult.
A harci lézerek azonban békés célokra használhatók. A szovjet időkben épített, a rakéták elleni küzdelemre szolgáló gépkomplexum alapján a Troitski Innovációs és Termonukleáris Kutatóintézet szakembereinek erőfeszítései alapján megtervezték az MLTK-50 szénlézeres telepítést. Kiváló eredményeket ért el a karacsajevszki gázkút tüzének oltásakor, egy kőzettömeg felbomlásában, az atomerőmű betonfelületének fertőtlenítésében egy olajfilm hámozásával és leégésével a vízterület felszínén. Ezenkívül ennek alapján lézerek készítését tervezik a különféle ipari egységek dörzsölő felületeinek helyreállítására, sőt a káros rovarok, például a sáskák megsemmisítésére is.
A FOTÓNIKA ALAPJAI
Nyilvánvaló, hogy a lézertechnológiák tovább fognak fejlődni. Használatuk legígéretesebb területei a holografikus képernyők, a termonukleáris energetika, a bolygóközi járművek kutatási rendszerei. De viszonylag nemrégiben olyan irány jelent meg az alkalmazott tudományban, amely forradalmasíthatja az egész modern elektronikus bázist. Fotonikáról van szó, amely alapvető és gyakorlati kutatásokat folytat az optikai jelek felhasználása terén. Valójában analóg az elektronikával, csak elektronok helyett csak lézerek által kibocsátott fotonokat használnak.
Érdekesség, hogy a fotonika a Leningrádi Állami Egyetemen "született": 1970-ben még egy megfelelő tanszéket is létrehoztak ott, és az alapító Alekszandr Nyikolajevics Terenin szovjet akadémikus lett. Ettől a pillanattól kezdve fejlődött a tudományos iskola, amely hazánkat a fotonika vezetői elé terjesztette. A leghíresebb, az elvei alapján kifejlesztett eszköz az optikai kábel, amely drámai módon megnövelte az információs csatornák áteresztőképességét.
Ma a fotonikával kapcsolatos fő munkát az orosz egyetemek és az Advanced Research Foundation végzi; összesen több mint 850 szervezetet alkalmaznak. Például elindult egy projekt a hadseregünk rendelkezésére álló radarlétesítmények korszerűsítésére. Az elektronikáról a fotonikus bázisra való áttérés lehetővé teszi a radarállomások méretének csökkentését (egy többszintes épület kis kisteherautóvá válik), és növeli hatékonyságukat (növekszik a felbontás és az elektromágneses interferenciával szembeni immunitás). Figyelemre méltó, hogy a fejlesztők azonnal átgondolják ennek a technológiának a polgári alkalmazását: kompakt radarok használhatók a nagysebességű vonatokban és az autókban az akadályok azonnali észlelésére. Ezenkívül a technológiát "intelligens" repülőgép-bőr létrehozására fogják használni, amelynek köszönhetően az egész törzs erőteljes radarrá válik,lehetővé téve a pilóták számára, hogy mindent megnézzenek, ami a repülés során az "oldaluk" körül történik.
FOTÓVILÁG
A fotonika több irányban fejlődik. Közülük a legfiatalabb az optoinformatika és a radiofotonika. Céljuk a névből következik: a meglévő számítógépes és hálózati technológiák helyettesítésére szolgálnak. A fotonika ezen a területen nyújtott előnyeinek bemutatásához elegendő megemlíteni, hogy a Moszkvai Állami Egyetemen létrehozott ultragyors fotonikus kapcsoló lehetővé teszi az optikai szálas kábelek közötti adatátviteli sebesség másodpercenként több száz terabitre való emelését (a modern kábelek határértéke száz terabit / másodperc). A fotonikus kommunikáció megjelenése, amely felváltja a klasszikus kommunikációt, szintén lehetővé teszi az energiafogyasztás és ennek megfelelően az adattárolási és tárolási rendszerek költségeinek felére csökkentését. Például az Egyesült Államokban az adatközpontok már az összes megtermelt energia 2% -át fogyasztják,és a fotonokra való áttérésben a megtakarítás nagyon jelentős lesz.
A közeljövő kihívása egy fotonikus számítógép létrehozása, amelyről úgy gondolják, hogy teljesítményében jelentősen felülmúlja a félvezető rendszereket. Kapcsolata a nagysebességű optikai kommunikációval és a fényérzékeny felületekkel megnyitja az utat egy alapvetően új típusú - miniatűr és mobil - intelligens eszközök megjelenése felé, ugyanakkor képesek nem kódolt információk feldolgozására és önálló tanulásra. Nagy valószínűséggel a fotonikából származik egyszer egy mesterséges intelligencia.
A modern tudományos-fantasztikus írók regényeiben fény- és erőterekből "szőtt" szuperlényeket találhatunk, hatalmasakat és jóindulatúakat. Talán ez a kép prófétai látomásnak bizonyul - ahogyan a "hősugarak" és a "hiperboloidok" képei is prófétáknak bizonyultak.
Anton Pervushin