Když v roce 1927 Alexej Tolstoj dokončil práci na svém novém románu „Hyperboloid inženýra Garina“, stěží si myslel, že bude někdy nazýván autorem laserové myšlenky a vizionářem, který předpovídal vznik nové vědecké a technické disciplíny - fotoniky. Ale v jedné věci se jeho předvídavost ukázala být stoprocentní: „hyperboloidy“skutečně obrátí svět vzhůru nohama.
KVANTOVÝ PAPRSEK
Poprvé „paprsky tepla“, které hoří vše kolem, popsal H. G. Wells v románu „Válka světů“, publikovaném v roce 1898. Myšlenka vypadala produktivně: autoři sci-fi, novináři a dokonce i autoritativní vědci začali diskutovat o hypotetických paprscích. Například slavný vynálezce Nikola Tesla tvrdil, že pracuje na „paprscích smrti“(nazýval je Teleforce), které jsou „koncentrovaným paprskem částic“a podle jeho plánu by měly zastavit všechny války, protože proti nim neexistuje žádná obrana. Bohužel, ale mírotvorné „paprsky smrti“byly zjevně jedním z vynálezů Tesly, které se mu nepodařilo realizovat.
Na skutečný způsob vytváření vysokoenergetických paprsků upozornil Albert Einstein, který v roce 1916 předložil hypotézu o existenci stimulovaného záření. Řekl, že je opravdu možné uvést atomy jakéhokoli objektu do vzrušeného stavu, po kterém začne aktivně emitovat fotony a v požadovaném rozsahu spektra. Později Paul Dirac doložil Einsteinovu hypotézu v rámci kvantové mechaniky a experimentální potvrzení existence stimulovaného záření bylo získáno v roce 1928.
Vzhled prvních zařízení schopných emitovat směrovaný vysokoenergetický paprsek však musel počkat. Prioritou v této oblasti je americký fyzik Theodore Maiman. Dne 16. května 1960 předvedl kolegům práci prvního laseru - optického kvantového generátoru, který dostal své jméno podle zkratky LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Jako aktivní médium (tj. Předmět v excitovaném stavu) použil Maiman umělý rubínový krystal, který byl ozářen výbojkou a vyzařoval úzce směrovaný světelný tok. Následně fyzik založil vlastní společnost Corad Corporation, která se stala předním vývojářem vysoce výkonných laserů.
BUDOUCNOST LASERŮ
Propagační video:
Je těžké si představit moderní svět bez laserů. Používají se téměř všude. Schopnost laserů vytvářet vysoce energetický tok energie umožňuje jejich použití v průmyslu: pro řezání, svařování, pájení, značení a gravírování. Protože paprsek lze zaostřit na bod o velikosti mikronů, je ideální pro vytváření desek plošných spojů a polovodičových spojení. Přesná směrovost paprsku umožňuje vytvářet čtecí zařízení a lékařské vybavení. Atd.
Byly učiněny pokusy o výrobu paprskových zbraní. Například američtí vojenští inženýři navrhli laserový systém SHEL pro nasazení na speciální letadlo Boeing 747 YAL-1. Byl navržen tak, aby sestřelil nepřátelské balistické střely. Na projekt bylo vynaloženo více než 5 miliard dolarů a během testů, které proběhly v únoru 2010, laser sestřelil dokonce tři cílové střely. Avšak kvůli rozporu mezi skutečnými charakteristikami a deklarovanými charakteristikami byl projekt uzavřen.
Bojové lasery však lze použít pro mírové účely. Na základě automobilového komplexu pro boj s raketami, postaveného v sovětských dobách, byla vyvinuta snaha specialistů z Troitského institutu pro inovace a termonukleární výzkum, instalace uhlíkového laseru MLTK-50. Ukázalo vynikající výsledky při hašení požáru plynového vrtu v Karachaevsku, rozbití horninového masivu, dekontaminaci betonového povrchu v jaderné elektrárně odlupováním a vypálením ropného filmu na povrchu vodní plochy. Kromě toho se na jeho základě plánuje vytvořit lasery pro obnovu třecích povrchů různých průmyslových celků a dokonce pro ničení škodlivého hmyzu, jako jsou kobylky.
ZÁKLADY FOTONIKY
Je jasné, že laserové technologie se budou dále rozvíjet. Nejslibnějšími oblastmi jejich použití jsou holografické obrazovky, termonukleární energetika, výzkumné systémy meziplanetárních vozidel. Ale relativně nedávno se v aplikované vědě objevil směr, který může způsobit revoluci v celé moderní elektronické základně. Mluvíme o fotonice, která se zabývá základním a praktickým výzkumem v oblasti používání optických signálů. Ve skutečnosti je to analogické s elektronikou, místo elektronů se používají pouze fotony emitované lasery.
Je zajímavé, že fotonika se „zrodila“na Leningradské státní univerzitě: v roce 1970 zde dokonce vzniklo odpovídající oddělení a jejím zakladatelem se stal sovětský akademik Alexander Nikolaevič Terenin. Od té chvíle se začala rozvíjet vědecká škola, díky níž se naše země stala lídrem ve fotonice. Nejznámějším zařízením vyvinutým na jeho principech jsou kabely z optických vláken, které dramaticky zvýšily propustnost informačních kanálů.
Dnes se hlavní práce na fotonice provádí na ruských univerzitách a v Nadaci pro pokročilý výzkum; celkem je zaměstnáno více než 850 organizací. Například byl zahájen projekt modernizace radarových zařízení dostupných pro naši armádu. Přechod z elektronické na fotonovou základnu zmenší velikost radarových stanic (vícepodlažní budova se promění v malou dodávku) a zvýší jejich účinnost (zvýší se rozlišení a odolnost proti elektromagnetickému rušení). Je pozoruhodné, že vývojáři okamžitě přemýšlejí o civilním použití této technologie: kompaktní radary lze použít ve vysokorychlostních vlacích a automobilech k okamžité detekci překážek. Technologie bude navíc použita k vytvoření „inteligentního“vzhledu letadla, díky němuž se celý trup změní na silný radar,umožnění pilotům vidět vše, co se během letu děje kolem jejich „boku“.
FOTONOVÝ SVĚT
Fotonika se vyvíjí několika směry. Nejmladší z nich jsou optoinformatika a radiofotonika. Jejich účel vyplývá z názvu: mají nahradit stávající počítačové a síťové technologie. Abychom ukázali výhody, které fotonika poskytuje v této oblasti, stačí zmínit, že ultrarychlý fotonický přepínač, vytvořený na Moskevské státní univerzitě, umožňuje zvýšit rychlost přenosu informací přes optický kabel na stovky terabitů za sekundu (limit pro moderní kabely je sto terabitů za sekundu). Vznik fotonické komunikace, která nahradí klasickou komunikaci, také umožňuje snížit spotřebu energie na polovinu, a tedy i náklady na ukládání dat a úložné systémy. Například v USA datová centra již spotřebovávají 2% veškeré vyrobené energie,a úspory při přechodu na fotony budou velmi významné.
Výzvou pro blízkou budoucnost je vytvoření fotonického počítače, o kterém se předpokládá, že výrazně překoná polovodičové systémy. Jeho spojení s vysokorychlostní optickou komunikací a povrchy citlivými na světlo otevírá cestu ke vzniku inteligentních zařízení zásadně nového typu - miniaturních a mobilních, ale současně disponujících schopností zpracovávat nekódované informace a samoučit se. Je vysoce pravděpodobné, že z fotoniky se jednoho dne zrodí umělá inteligence.
V románech moderních autorů sci-fi lze najít super-bytosti „utkané“ze světelných a silových polí, silné a benevolentní. Možná se z tohoto obrazu stane prorocká vize - stejně jako se ukázaly obrazy „paprsků tepla“a „hyperboloidu“jako prorocké.
Anton Pervushin