Kai 1927 m. Aleksejus Tolstojus baigė darbą prie savo naujojo romano „Inžinieriaus Garino hiperboloidas“, jis vargu ar pagalvojo, kad kada nors bus vadinamas lazerio idėjos autoriumi ir vizionieriumi, kuris numatė naujos mokslinės ir techninės disciplinos - fotonikos - atsiradimą. Tačiau vienu dalyku jo įžvalga pasirodė šimtu procentų: „hiperboloidai“tikrai apvers pasaulį aukštyn kojomis.
KVANTINIS SIJOS
Pirmą kartą „šilumos“spindulius, deginančius viską aplink, H. G. Wellsas aprašė romane „Pasaulių karas“, išleistame 1898 m. Idėja atrodė produktyvi: mokslinės fantastikos rašytojai, žurnalistai ir net autoritetingi mokslininkai pradėjo diskutuoti apie hipotetinius spindulius. Pavyzdžiui, garsus išradėjas Nikola Tesla teigė, kad jis dirba su „mirties spinduliais“(juos pavadino „Teleforce“), kurie buvo „koncentruotas dalelių pluoštas“ir kurie, pagal jo planą, turėtų sustabdyti visus karus, nes nuo jų nėra gynybos. Deja, bet taikos kūrimo „mirties spinduliai“, matyt, kilo iš tų „Tesla“išradimų, kurių jam nepavyko įgyvendinti.
Realų būdą, kaip sukurti daug energijos naudojančius spindulius, nurodė Albertas Einšteinas, kuris 1916 m. Pateikė hipotezę apie stimuliuojamos spinduliuotės egzistavimą. Jis teigė, kad bet kurio objekto atomus iš tikrųjų įmanoma pasiekti sužadintoje būsenoje, po kurios jis aktyviai pradės skleisti fotonus ir reikalingame spektro diapazone. Vėliau Paulas Diracas patvirtino Einšteino hipotezę kvantinės mechanikos rėmuose, o eksperimentinis patvirtinimas apie stimuliuojamos spinduliuotės egzistavimą buvo gautas 1928 m.
Tačiau pirmųjų prietaisų, galinčių skleisti kryptingą didelės energijos spindulį, pasirodymo teko laukti. Prioritetas šioje srityje priklauso amerikiečių fizikui Theodoreui Maimanui. 1960 m. Gegužės 16 d. Jis kolegoms pademonstravo pirmojo lazerio - optinio kvantinio generatoriaus - darbą, kuris pavadinimą gavo iš santrumpos LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Kaip aktyvią terpę (tai yra sužadintos būsenos objektą) Maimanas naudojo dirbtinį rubino kristalą, kurį apšvitino dujų išlydžio lempa ir skleidė siaurai nukreiptą šviesos srautą. Vėliau fizikas įkūrė savo įmonę „Corad Corporation“, kuri tapo pagrindine didelės galios lazerių kūrėja.
Lazerių ateitis
Reklaminis vaizdo įrašas:
Šiuolaikinį pasaulį sunku įsivaizduoti be lazerių. Jie naudojami beveik visur. Lazerių galimybė sukurti didelės galios energijos srautą leidžia juos naudoti pramonėje: pjaustyti, suvirinti, lituoti, žymėti ir graviruoti. Kadangi pluoštas gali būti sutelktas iki mikrono dydžio taško, jis idealiai tinka spausdintinėms plokštėms ir puslaidininkių jungtims kurti. Tikslus pluošto kryptis leidžia sukurti skaitymo ir medicinos įrangą. Ir kt.
Buvo bandoma kurti pluošto ginklus. Pavyzdžiui, JAV karo inžinieriai sukūrė lazerių sistemą „SHEL“, skirtą specialiajam „Boeing 747 YAL-1“lėktuvui. Jis buvo skirtas numušti priešo balistines raketas. Projektui išleista daugiau nei 5 milijardai dolerių, o per bandymus, kurie vyko 2010 m. Vasario mėnesį, lazeris numušė net tris tikslines raketas. Tačiau dėl faktinių ir deklaruotų charakteristikų neatitikimo projektas buvo uždarytas.
Tačiau kovinius lazerius galima naudoti taikiems tikslams. Remiantis sovietmečiu pastatytu automobilių kompleksu kovai su raketomis, Troitsko inovatyvių ir sintezės tyrimų instituto specialistų pastangomis, buvo suprojektuotas anglies lazerių įrenginys MLTK-50. Tai parodė puikius rezultatus gesinant gaisrą prie dujų šulinio Karačaevske, suskaidant uolienų masę, nukenksminant betono paviršių atominėje elektrinėje, nulupus ir sudeginus naftos plėvelę vandens ploto paviršiuje. Be to, jo pagrindu planuojama sukurti lazerius, skirtus atstatyti įvairių pramoninių vienetų trinančius paviršius ir netgi sunaikinti kenksmingus vabzdžius, tokius kaip skėriai.
FOTONIKOS PAGRINDAI
Akivaizdu, kad lazerių technologijos vystysis toliau. Perspektyviausios jų naudojimo sritys yra holografiniai ekranai, termobranduolinė energetika, tarpplanetinių transporto priemonių tyrimų sistemos. Tačiau palyginti neseniai taikomajame moksle atsirado tokia kryptis, kuri gali pakeisti visą šiuolaikinę elektroninę bazę. Mes kalbame apie fotoniką, kuri užsiima fundamentaliais ir praktiniais tyrimais optinių signalų naudojimo srityje. Iš tikrųjų tai yra analogiška elektronikai, vietoj elektronų naudojami tik lazerių skleidžiami fotonai.
Įdomu tai, kad fotonika „gimė“Leningrado valstybiniame universitete: 1970 metais joje netgi buvo įkurtas atitinkamas skyrius, kurio įkūrėju tapo sovietų akademikas Aleksandras Nikolaevičius Tereninas. Nuo to momento pradėjo kurtis mokslinė mokykla, atvedusi mūsų šalį į fotonikos lyderius. Garsiausias jos principais sukurtas prietaisas yra šviesolaidiniai kabeliai, kurie dramatiškai padidino informacijos kanalų pralaidumą.
Šiandien pagrindinis fotonikos darbas atliekamas Rusijos universitetuose ir Pažangiųjų tyrimų fonde; iš viso dirba virš 850 organizacijų. Pavyzdžiui, buvo pradėtas mūsų kariuomenės radarų įrenginių modernizavimo projektas. Perėjimas iš elektroninės į fotonų bazę sumažins radiolokacinių stočių dydį (daugiaaukštis pastatas virs mažu furgonu) ir padidins jų efektyvumą (padidės skiriamoji geba ir atsparumas elektromagnetiniams trukdžiams). Pažymėtina, kad kūrėjai iš karto pagalvoja apie civilinį šios technologijos pritaikymą: kompaktiški radarai gali būti naudojami greitųjų traukinių ir automobilių, kad akimirksniu aptiktų kliūtis. Be to, ši technologija bus naudojama kuriant „protingą“orlaivio dangą, kurios dėka visas fiuzeliažas taps galingu radaru,leidžiant pilotams pamatyti viską, kas vyksta aplink jų „šoną“skrydžio metu.
NUOTRAUKŲ PASAULIS
Fotonika vystosi keliomis kryptimis. Jauniausi iš jų yra optoinformatika ir radiofotonika. Jų paskirtis kyla iš pavadinimo: jie skirti pakeisti esamas kompiuterių ir tinklo technologijas. Norint parodyti fotonikos teikiamus pranašumus šioje srityje, pakanka paminėti, kad Maskvos valstybiniame universitete sukurtas itin greitas fotoninis jungiklis leidžia padidinti duomenų perdavimo greitį per šviesolaidinį kabelį iki šimtų terabitų per sekundę (šiuolaikinių kabelių riba yra šimtas terabitų per sekundę). Fotoninių ryšių atsiradimas, pakeisiantis klasikinius, taip pat leidžia perpus sumažinti energijos suvartojimą ir atitinkamai duomenų saugojimo ir saugojimo sistemų sąnaudas. Pavyzdžiui, JAV duomenų centrai jau sunaudoja 2% visos pagamintos energijos,o perėjimas prie fotonų sutaupys labai daug.
Artimiausios ateities iššūkis yra fotoninio kompiuterio sukūrimas, kuris, kaip manoma, gerokai viršija puslaidininkių sistemas. Jo ryšys su greitaeigiu optiniu ryšiu ir šviesai jautriu paviršiumi atveria kelią į iš esmės naujo tipo - miniatiūrinių ir mobiliųjų, tačiau kartu gebančių apdoroti neužkoduotą informaciją ir savarankiškai mokytis, intelektualiųjų įrenginių atsiradimą. Labai tikėtina, kad iš fotonikos vieną dieną gims dirbtinis intelektas.
Šiuolaikinių mokslinės fantastikos rašytojų romanuose galima rasti iš šviesos ir jėgos laukų „išaustų“super būtybių, galingų ir geranoriškų. Galbūt šis vaizdas pasirodys kaip pranašiškas regėjimas - lygiai taip pat, kaip „šilumos spindulių“ir „hiperboloido“vaizdai pasirodė pranašiški.
Antonas Pervushinas