Когато през 1927 г. Алексей Толстой завършва работата си по новия си роман „Хиперболоидът на инженер Гарин“, той едва ли е мислил, че някога ще бъде наречен автор на идеята за лазер и визионер, предсказал появата на нова научно-техническа дисциплина - фотониката. Но в едно нещо неговата прозорливост се оказа сто процента: „хиперболоидите“наистина ще обърнат света с главата надолу.
КВАНТОВ ГРЪМ
За първи път „топлинни“лъчи, изгарящи всичко наоколо, са описани от Х. Г. Уелс в романа „Война на световете“, публикуван през 1898 г. Идеята изглеждаше продуктивна: писатели на научна фантастика, журналисти и дори авторитетни учени започнаха да обсъждат хипотетични лъчи. Например известният изобретател Никола Тесла твърди, че работи върху „лъчите на смъртта“(той ги нарича Телефорс), които са „концентриран лъч от частици“и според неговия план трябва да спрат всички войни, тъй като няма защита срещу тях. Уви, но миротворческите "лъчи на смъртта" очевидно са от онези изобретения на Тесла, които той не успя да съживи.
Истинският начин за създаване на високоенергийни лъчи е посочен от Алберт Айнщайн, който през 1916 г. излага хипотеза за съществуването на стимулирана радиация. Той каза, че наистина е възможно атомите на всеки обект да се въведат във възбудено състояние, след което той ще започне активно да излъчва фотони и в необходимия спектър. По-късно Пол Дирак обосновава хипотезата на Айнщайн в рамките на квантовата механика и през 1928 г. е получено експериментално потвърждение за съществуването на стимулирано лъчение.
Обаче появата на първите устройства, способни да излъчват насочен високоенергиен лъч, трябваше да изчака. Приоритетът в тази област принадлежи на американския физик Теодор Мейман. На 16 май 1960 г. той демонстрира пред колеги работата на първия лазер - оптичен квантов генератор, получил името си от абревиатурата LASER (Усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на радиация). Като активна среда (т.е. обект във възбудено състояние), Мейман използва изкуствен рубинен кристал, който е облъчен от газоразрядна лампа и излъчва тясно насочен светлинен поток. Впоследствие физикът основава собствена компания Corad Corporation, която се превръща във водещ разработчик на мощни лазери.
БЪДЕЩЕТО НА ЛАЗЕРИТЕ
Промоционално видео:
Трудно е да си представим съвременния свят без лазери. Те се използват почти навсякъде. Способността на лазерите да създават енергиен поток с висока мощност им позволява да се използват в индустрията: за рязане, заваряване, запояване, маркиране и гравиране. Тъй като лъчът може да бъде фокусиран към точка с размер на микрона, той е идеален за извършване на печатни платки и полупроводникови връзки. Прецизната насоченост на лъча дава възможност за създаване на устройства за четене и медицинско оборудване. И т.н.
Правени са опити за изграждане на лъчеви оръжия. Например американските военни инженери са проектирали лазерна система SHEL, която да бъде разположена на специален самолет Boeing 747 YAL-1. Той е проектиран да сваля вражески балистични ракети. За проекта бяха похарчени над 5 милиарда долара, а по време на тестове, проведени през февруари 2010 г., лазерът дори свали три целеви ракети. Поради несъответствието между действителните характеристики и декларираните, проектът беше затворен.
Въпреки това, бойните лазери могат да се използват за мирни цели. На базата на автомобилен комплекс за борба с ракети, построен по съветско време, с усилията на специалисти от Института за иновации и термоядрени изследвания в Троицк е проектирана въглеродна лазерна инсталация MLTK-50. Той показа отлични резултати при гасене на пожар в газов кладенец в Карачаевск, разбиване на скална маса, обеззаразяване на бетонната повърхност в атомната електроцентрала чрез отлепване и изгаряне на маслен филм на повърхността на водната площ. Освен това на негова основа се планира създаването на лазери за възстановяване на триещите се повърхности на различни промишлени единици и дори за унищожаване на вредни насекоми като скакалци.
ОСНОВИ НА ФОТОНИКАТА
Ясно е, че лазерните технологии ще се развиват по-нататък. Най-обещаващите области на тяхното използване са холографски екрани, термоядрена енергетика, изследователски системи за междупланетни превозни средства. Но сравнително наскоро в приложната наука се появи посока, която може да революционизира цялата съвременна електронна база. Говорим за фотоника, която се занимава с фундаментални и практически изследвания в областта на използването на оптични сигнали. Всъщност той е аналогичен на електрониката, вместо електроните се използват само фотони, излъчвани от лазери.
Интересното е, че фотониката е „родена“в Ленинградския държавен университет: през 1970 г. там дори е създаден съответен отдел, а съветският академик Александър Николаевич Теренин става негов основател. От този момент научната школа започва да се развива, което довежда страната ни до лидерите на фотониката. Най-известното устройство, разработено на неговите принципи, са оптичните кабели, които значително увеличават пропускателната способност на информационните канали.
Днес основната работа по фотониката се извършва в руските университети и Фондацията за напреднали изследвания; общо са заети над 850 организации. Например стартира проект за модернизиране на радарните съоръжения, с които разполага нашата армия. Преходът от електронна към фотонна база ще намали размера на радарните станции (многоетажна сграда ще се превърне в малък микробус) и ще увеличи тяхната ефективност (ще се увеличи разделителната способност и устойчивостта на електромагнитни смущения). Забележително е, че разработчиците веднага се замислят за гражданското приложение на тази технология: компактни радари могат да се използват във високоскоростни влакове и автомобили за незабавно откриване на препятствия. Освен това технологията ще се използва за създаване на „интелигентна“обвивка на самолета, благодарение на която целият фюзелаж ще се превърне в мощен радар,позволявайки на пилотите да виждат всичко, което се случва около тяхната „страна“по време на полета.
ФОТОН СВЕТ
Фотониката се развива в няколко посоки. Най-младите от тях са оптоинформатика и радиофотоника. Целта им произтича от името: те са предназначени да заменят съществуващите компютърни и мрежови технологии. За да покажем предимствата, които фотониката предоставя в тази област, достатъчно е да споменем, че ултрабързият фотонен превключвател, създаден в Московския държавен университет, дава възможност да се увеличи скоростта на трансфер на данни през оптичен кабел до стотици терабита в секунда (ограничението за съвременните кабели е сто терабита в секунда). Появата на фотонни комуникации, които ще заменят класическите, също дава възможност да се намали наполовина консумацията на енергия и съответно разходите за съхранение на данни и системи за съхранение. Например в САЩ центровете за данни вече консумират 2% от цялата произведена енергия,и спестяванията при прехода към фотони ще бъдат много значителни.
Предизвикателството в близко бъдеще е създаването на фотонен компютър, за който се смята, че значително превъзхожда полупроводниковите системи по производителност. Неговата връзка с високоскоростни оптични комуникации и светлочувствителни повърхности отваря пътя за появата на интелигентни устройства от принципно нов тип - миниатюрни и мобилни, но в същото време притежаващи способността да обработват некодирана информация и да се самообучават. Много е вероятно един ден от фотониката да се роди изкуствен интелект.
В романите на съвременните писатели на научна фантастика могат да се намерят свръхсъщества, „изтъкани“от полета на светлината и силата, мощни и доброжелателни. Може би този образ ще се окаже пророческо видение - точно както образите на „топлинни лъчи“и „хиперболоид“се оказаха пророчески.
Антон Первушин