Ko je leta 1927 Aleksej Tolstoj končal delo na svojem novem romanu "Hiperboloid inženirja Garina", komaj pomislil, da bi ga kdaj klicali za avtorja laserske ideje in vizionarja, ki je napovedal nastanek nove znanstvene in tehnične discipline - fotonike. A v eni stvari se je njegova predvidevalnost izkazala za stoodstotno: "hiperboloidi" bodo svet res postavili na glavo.
KVANTNI ŽAREK
Prvič je "vročinske" žarke, ki sežgajo vse naokoli, opisal HG Wells v romanu "Vojna svetov", objavljenem leta 1898. Ideja se je zdela produktivna: pisatelji znanstvene fantastike, novinarji in celo avtoritativni znanstveniki so začeli razpravljati o hipotetičnih žarkih. Na primer, slavni izumitelj Nikola Tesla je trdil, da je delal na "smrtnih žarkih" (imenoval jih je Teleforce), ki so bili "zgoščeni žarek delcev" in bi po njegovem načrtu morali ustaviti vse vojne, saj pred njimi ni obrambe. Žal, toda miroljubni "smrtni žarki" so bili očitno iz Teslinih izumov, ki jih ni uspel zaživeti.
Na pravi način ustvarjanja visokoenergijskih žarkov je opozoril Albert Einstein, ki je leta 1916 postavil hipotezo o obstoju stimuliranega sevanja. Rekel je, da je res mogoče atome katerega koli predmeta pripeljati v vznemirjeno stanje, nato pa bo začel aktivno oddajati fotone in v zahtevanem območju spektra. Kasneje je Paul Dirac utemeljil Einsteinovo hipotezo v okviru kvantne mehanike, leta 1928 pa je bila pridobljena eksperimentalna potrditev obstoja stimuliranega sevanja.
Vendar pa je treba na pojav prvih naprav, ki so lahko oddajale usmerjen visokoenergijski žarek, počakati. Prednost na tem področju ima ameriški fizik Theodore Maiman. 16. maja 1960 je kolegom prikazal delovanje prvega laserja - optičnega kvantnega generatorja, ki je ime dobil po okrajšavi LASER (Ojačanje svetlobe s spodbujenim oddajanjem sevanja). Kot aktivni medij (to je predmet v vznemirjenem stanju) je Maiman uporabil umetni kristal rubina, ki ga je obsevala plinsko-praznilna žarnica in je oddajal ozko usmerjen svetlobni tok. Kasneje je fizik ustanovil lastno podjetje Corad Corporation, ki je postalo vodilni razvijalec visokozmogljivih laserjev.
PRIHODNOST LASERJEV
Promocijski video:
Težko si je predstavljati sodoben svet brez laserjev. Uporabljajo se skoraj povsod. Zmožnost laserjev, da ustvarijo pretok energije z veliko močjo, jim omogoča uporabo v industriji: za rezanje, varjenje, spajkanje, označevanje in graviranje. Ker je žarek lahko usmerjen v mikronsko velikost, je idealen za izdelavo tiskanih vezij in polprevodniških povezav. Natančna usmerjenost žarka omogoča ustvarjanje bralnih naprav in medicinske opreme. Itd.
Poskušali so izdelati orožje z gredjo. Na primer, ameriški vojaški inženirji so zasnovali laserski sistem SHEL za uporabo na posebnem letalu Boeing 747 YAL-1. Zasnovan je bil za sestreljevanje sovražnih balističnih raket. Za projekt je bilo porabljenih več kot 5 milijard dolarjev, med testi, ki so potekala februarja 2010, pa je laser celo sestrelil tri ciljne rakete. Vendar pa je bil projekt zaradi neskladja med dejanskimi in prijavljenimi značilnostmi zaprt.
Vendar se lahko bojni laserji uporabljajo v miroljubne namene. Na podlagi avtomobilskega kompleksa za boj proti raketam, zgrajenega v sovjetskih časih, s prizadevanji strokovnjakov iz Inštituta za inovativne in fuzijske raziskave Troitsk je bila zasnovana instalacija za ogljikov laser MLTK-50. Pokazal je odlične rezultate pri gašenju požara na plinski vrtini v Karačaevsku, razbijanju kamnite gmote, dekontaminaciji površine betona v jedrski elektrarni z luščenjem in sežiganjem oljnega filma na površini vodnega območja. Poleg tega naj bi na njegovi podlagi ustvarili laserje za obnovo drgnjenja površin različnih industrijskih enot in celo za uničenje škodljivih žuželk, kot je kobilica.
OSNOVE FOTONIKE
Jasno je, da se bodo laserske tehnologije še naprej razvijale. Najobetavnejša področja njihove uporabe so holografski zasloni, termonuklearna energetika, raziskovalni sistemi medplanetarnih vozil. Toda razmeroma nedavno se je v uporabni znanosti pojavila smer, ki lahko revolucionira celotno sodobno elektronsko bazo. Govorimo o fotoniki, ki se ukvarja s temeljnimi in praktičnimi raziskavami na področju uporabe optičnih signalov. Pravzaprav je analogno elektroniki, namesto elektronov se uporabljajo samo fotoni, ki jih oddajajo laserji.
Zanimivo je, da se je fotonika "rodila" na Leningrajski državni univerzi: leta 1970 je bil tam celo ustanovljen ustrezen oddelek, sovjetski akademik Aleksander Nikolajevič Terenin pa je postal njen ustanovitelj. Od tega trenutka se je začela razvijati znanstvena šola, ki je našo državo pripeljala do voditeljev fotonike. Najbolj znana naprava, razvita na njenih principih, so optični kabli, ki so močno povečali prepustnost informacijskih kanalov.
Danes se glavno delo na področju fotonike izvaja na ruskih univerzah in Fundaciji za napredne raziskave; skupno je zaposlenih več kot 850 organizacij. Začel se je na primer projekt posodobitve radarskih naprav, ki so na voljo naši vojski. Prehod z elektronske na fotonsko bazo bo zmanjšal velikost radarskih postaj (večnadstropna stavba se bo spremenila v majhen kombi) in povečal njihovo učinkovitost (povečala se bo ločljivost in odpornost na elektromagnetne motnje). Omeniti velja, da razvijalci takoj pomislijo na civilno uporabo te tehnologije: kompaktne radarje lahko v hitrih vlakih in avtomobilih uporabimo za takojšnje zaznavanje ovir. Poleg tega bo tehnologija uporabljena za ustvarjanje "pametne" kože letala, zahvaljujoč kateri se bo celoten trup spremenil v močan radar,omogočajo pilotom, da vidijo vse, kar se med letom dogaja okoli njihove "strani".
FOTONSKI SVET
Fotonika se razvija v več smereh. Najmlajša med njimi sta optoinformatika in radiofotonika. Njihov namen izhaja iz imena: namenjeni so zamenjavi obstoječih računalniških in omrežnih tehnologij. Za prikaz prednosti, ki jih na tem področju ponuja fotonika, je dovolj omeniti, da ultrahitro fotonsko stikalo, ustvarjeno na Moskovski državni univerzi, omogoča dvig hitrosti prenosa informacij prek optičnega kabla na stotine terabitov na sekundo (meja sodobnih kablov je sto terabitov na sekundo). Pojav fotonskih komunikacij, ki bodo nadomestile klasične, omogoča tudi prepolovitev porabe energije in s tem stroškov shranjevanja in shranjevanja podatkov. Na primer, v ZDA podatkovni centri že porabijo 2% vse proizvedene energije,prihranki pri prehodu na fotone pa bodo zelo pomembni.
Naloga v bližnji prihodnosti je ustvarjanje fotonskega računalnika, ki bo, kot verjamejo, po svoji zmogljivosti bistveno prekašal sisteme na osnovi polprevodnikov. Njegova povezava z visokohitrostnimi optičnimi komunikacijami in svetlobno občutljivimi površinami odpira pot inteligentnim napravam bistveno novega tipa - miniaturnim in mobilnim, a hkrati sposobnim za obdelavo nekodiranih informacij in samostojno učenje. Zelo verjetno je, da se bo iz fotonike nekoč rodila umetna inteligenca.
V romanih sodobnih piscev znanstvene fantastike lahko najdemo super bitja, "tkana" iz polj svetlobe in moči, močna in dobrohotna. Morda se bo ta slika izkazala za preroško vizijo - tako kot so se izkazale podobe "toplotnih žarkov" in "hiperboloida".
Anton Pervušin