Kun Alexei Tolstoi valmistui vuonna 1927 uuteen romaaniinsa "Insinööri Garinin hyperboloidi", hän tuskin ajatteli, että häntä kutsutaan koskaan laseridean kirjoittajaksi ja visionääriksi, joka ennusti uuden tieteellisen ja teknisen tieteen - fotoniikan - syntymisen. Mutta yhdessä asiassa hänen ennakointinsa osoittautui sataprosenttisesti: "hyperboloidit" todella kääntävät maailman ylösalaisin.
MÄÄRÄPALKKI
Ensimmäistä kertaa "lämpösäteet", jotka palavat kaikkialle, kuvattiin H. G. Wellsin vuonna 1898 julkaistussa romaanissa "Maailmojen sota". Idea vaikutti tuottavalta: tieteiskirjallisuuden kirjoittajat, toimittajat ja jopa arvovaltaiset tutkijat alkoivat keskustella hypoteettisista säteistä. Esimerkiksi kuuluisa keksijä Nikola Tesla väitti työskentelevänsä "kuolemansäteillä" (hän kutsui heitä Teleforceiksi), jotka olivat "keskittynyt hiukkassäde" ja joiden pitäisi suunnitelmansa mukaan lopettaa kaikki sodat, koska niitä vastaan ei ole puolustusta. Valitettavasti, mutta rauhanpaljastavat "kuolonsäteet" olivat ilmeisesti peräisin niistä Teslan keksinnöistä, joita hän ei koskaan onnistunut herättämään eloon.
Todellisen tavan luoda suurenergisiä säteitä toi esiin Albert Einstein, joka vuonna 1916 esitti hypoteesin stimuloidun säteilyn olemassaolosta. Hän sanoi, että minkä tahansa kohteen atomit on todella mahdollista viedä viritettyyn tilaan, jonka jälkeen se alkaa aktiivisesti lähettää fotoneja, ja vaaditulla spektrialueella. Myöhemmin Paul Dirac perusti Einsteinin hypoteesin kvanttimekaniikan puitteissa, ja vuonna 1928 saatiin kokeellinen vahvistus stimuloidun säteilyn olemassaolosta.
Ensimmäisten laitteiden, jotka kykenevät lähettämään suunnatun suurenergisen säteen, oli kuitenkin odotettava. Tämän alueen prioriteetti kuuluu amerikkalaiselle fyysikolle Theodore Maimanille. 16. toukokuuta 1960 hän esitteli kollegoilleen ensimmäisen laserin - optisen kvanttigeneraattorin - työn, joka sai nimensä lyhenteestä LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Aktiivisena väliaineena (eli esineessä viritetyssä tilassa) Maiman käytti keinotekoista rubiinikidettä, jota säteilytettiin kaasupurkauslampulla ja joka lähetti kapeasti suunnattua valovirtaa. Myöhemmin fyysikko perusti oman yrityksen Corad Corporationin, josta tuli johtava suuritehoisten lasereiden kehittäjä.
LASERIEN TULEVAISUUS
Mainosvideo:
On vaikea kuvitella nykymaailmaa ilman lasereita. Niitä käytetään melkein kaikkialla. Lasereiden kyky luoda suuritehoinen energiavirta mahdollistaa niiden käytön teollisuudessa: leikkaamiseen, hitsaukseen, juotokseen, merkintään ja kaiverrukseen. Koska säde voidaan kohdistaa mikronikokoiseen pisteeseen, se on ihanteellinen piirilevyjen ja puolijohdeyhteyksien tekemiseen. Säteen tarkka suunta mahdollistaa lukulaitteiden ja lääkinnällisten laitteiden luomisen. Jne.
Palkkiaseita on yritetty rakentaa. Esimerkiksi yhdysvaltalaiset armeijan insinöörit ovat suunnitelleet SHEL-laserjärjestelmän käyttöönottoa varten Boeing 747 YAL-1 -erikoiskoneessa. Se oli suunniteltu ampumaan vihollisen ballistisia ohjuksia. Yli 5 miljardia dollaria käytettiin projektiin, ja helmikuussa 2010 tapahtuneiden testien aikana laser ampui jopa kolme ohjusta. Todellisten ja ilmoitettujen ominaisuuksien ristiriidan vuoksi projekti kuitenkin suljettiin.
Taistelulasereita voidaan kuitenkin käyttää rauhanomaisiin tarkoituksiin. Neuvostoliiton aikoina Troitskin innovatiivisen ja fuusiotutkimusinstituutin asiantuntijoiden ponnistelujen perusteella rakennettiin Neuvostoliiton aikoina rakettien torjunnan autokompleksi, jonka avulla suunniteltiin hiililaseriasennus MLTK-50. Se on osoittanut erinomaisia tuloksia tulipalon sammuttamisessa Karachaevskin kaasukaivossa, kivimassan hajottamisessa, ydinvoimalaitoksen betonin pinnan puhdistamisessa kuorimalla ja polttamalla öljykalvo vesialueen pinnalle. Lisäksi sen pohjalta on tarkoitus luoda lasereita erilaisten teollisuusyksiköiden hankaavien pintojen palauttamiseksi ja jopa haitallisten hyönteisten, kuten heinäsirkkojen, tuhoamiseksi.
VALOKUVAN PERUSTEET
On selvää, että laserteknologia kehittyy edelleen. Lupaavimpia käyttöalueita ovat holografiset näytöt, lämpöydinvoimatekniikka, planeettojen välisten ajoneuvojen tutkimusjärjestelmät. Mutta suhteellisen äskettäin soveltavassa tieteessä on ilmestynyt suunta, joka voi mullistaa koko modernin elektronisen pohjan. Puhumme fotoniikasta, joka harjoittaa perusteellista ja käytännön tutkimusta optisten signaalien käytön alalla. Itse asiassa se on analoginen elektroniikan kanssa, elektronien sijaan käytetään vain lasereiden lähettämiä fotoneja.
On mielenkiintoista, että fotoniikka syntyi Leningradin valtionyliopistossa: vuonna 1970 sinne perustettiin vastaava laitos ja sen perustajaksi tuli Neuvostoliiton akateemikko Alexander Nikolaevich Terenin. Siitä hetkestä lähtien tieteellinen koulu alkoi kehittyä, mikä toi maamme fotoniikan johtajien joukkoon. Tunnetuin sen periaatteiden mukaan kehitetty laite on valokaapelit, jotka lisäsivät dramaattisesti tietokanavien läpimenoa.
Nykyään fotoniikan pääteos tehdään Venäjän yliopistoissa ja Advanced Research Foundation -säätiössä; yhteensä yli 850 organisaatiota työskentelee. Esimerkiksi armeijamme käytettävissä olevien tutkatilojen nykyaikaistamiseksi on käynnistetty projekti. Siirtyminen elektronisesta fotonipohjaan pienentää tutka-asemien kokoa (monikerroksinen rakennus muuttuu pieneksi pakettiautoksi) ja lisää niiden tehokkuutta (erottelukyky ja kestävyys sähkömagneettisille häiriöille kasvavat). On huomionarvoista, että kehittäjät ajattelevat välittömästi tämän tekniikan siviilikäyttöä: kompakteja tutkia voidaan käyttää suurnopeusjunissa ja henkilöautoissa havaitsemaan esteet välittömästi. Lisäksi tekniikkaa käytetään luomaan "älykäs" lentokoneen pinta, jonka ansiosta koko rungosta tulee voimakas tutka,antaa lentäjien nähdä kaiken, mitä tapahtuu heidän "puolellaan" lennon aikana.
VALOKUVA MAAILMA
Fotoniikka kehittyy useaan suuntaan. Nuorimmat heistä ovat optoinformatiikkaa ja radiofotoniikkaa. Niiden tarkoitus johtuu nimestä: niiden on tarkoitus korvata nykyiset tietokone- ja verkkotekniikat. Fotoniikan tällä alalla tarjoamien etujen osoittamiseksi riittää mainita, että Moskovan valtionyliopistoon luotu ultranopea fotonikytkin mahdollistaa tiedonsiirtonopeuden lisäämisen valokaapelilla satoihin terabitteihin sekunnissa (nykyaikaisten kaapeleiden raja on sata terabittiä sekunnissa). Fotonisen viestinnän syntyminen, joka korvaa klassisen, mahdollistaa myös energiankulutuksen ja siten myös tietojen tallennus- ja tallennusjärjestelmien kustannusten puolittamisen. Esimerkiksi Yhdysvalloissa palvelinkeskukset kuluttavat jo 2% kaikesta tuotetusta energiasta,ja säästöt siirtyessä fotoneihin ovat erittäin merkittäviä.
Lähitulevaisuuden haaste on fotonitietokoneen luominen, jonka uskotaan ylittävän suorituskykynsä puolijohdejärjestelmät huomattavasti. Sen yhteys nopeaan optiseen tietoliikenteeseen ja valoherkkiin pintoihin avaa tien perustavanlaatuisesti uuden tyyppisten älykkäiden laitteiden - pienoiskoossa olevien ja mobiililaitteiden - syntymiselle, mutta samalla kykenevän käsittelemään koodaamatonta tietoa ja oppimaan itse. On erittäin todennäköistä, että fotoniikasta syntyy jonain päivänä tekoäly.
Nykyaikaisen tieteiskirjallisuuden kirjoittajien romaaneista löytyy valon ja voimakentistä "kudottuja" superolentoja, voimakkaita ja hyväntahtoisia. Ehkä tästä kuvasta tulee profeetallinen visio - aivan kuten "lämpösäteiden" ja "hyperboloidien" kuvat osoittautuivat profeetallisiksi.
Anton Pervushin