Kad 1927. gadā Aleksejs Tolstojs pabeidza darbu pie sava jaunā romāna "Inženiera Garina hiperboloīds", viņš diez vai domāja, ka viņu kādreiz sauks par lāzera idejas autoru un vizionāru, kurš paredzēja jaunas zinātniski tehniskas disciplīnas - fotonikas - rašanos. Bet vienā ziņā viņa tālredzība izrādījās simtprocentīga: "hiperboloīdi" patiešām apgriezīs pasauli otrādi.
KVANTUMA SIJA
Pirmo reizi "karstuma" stari, kas dedzina visu apkārtējo, H. G. Velss aprakstīja romānā "Pasaules karš", kas tika publicēts 1898. gadā. Ideja šķita produktīva: zinātniskās fantastikas rakstnieki, žurnālisti un pat autoritatīvi zinātnieki sāka apspriest hipotētiskos starus. Piemēram, slavenais izgudrotājs Nikola Tesla apgalvoja, ka viņš strādā pie "nāves stariem" (tos sauca par Teleforce), kas bija "koncentrēts daļiņu stars" un kuriem pēc viņa plāna būtu jāpārtrauc visi kari, jo pret tiem nav aizsardzības. Ak, bet miera veidošanas "nāves stari" acīmredzot bija viens no tiem Teslas izgudrojumiem, kuru viņam neizdevās īstenot.
Reālo veidu, kā radīt augstas enerģijas starus, norādīja Alberts Einšteins, kurš 1916. gadā izvirzīja hipotēzi par stimulētā starojuma esamību. Viņš teica, ka jebkura objekta atomus patiešām ir iespējams ierosināt ierosinātā stāvoklī, pēc kura tas aktīvi sāks izstarot fotonus, un vajadzīgajā spektra diapazonā. Vēlāk Pāvils Diraks Einšteina hipotēzi pamatoja kvantu mehānikas ietvaros, un 1928. gadā tika iegūts eksperimentāls apstiprinājums par stimulētā starojuma esamību.
Tomēr pirmo ierīču parādīšanās, kas spēj izstarot virzītu augstas enerģijas staru, bija jāgaida. Prioritāte šajā jomā ir amerikāņu fiziķim Teodoram Maimanam. 1960. gada 16. maijā viņš kolēģiem demonstrēja pirmā lāzera - optiskā kvantu ģeneratora - darbību, kurš savu nosaukumu ieguvis no saīsinājuma LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Kā aktīvs līdzeklis (tas ir, objekts ierosinātā stāvoklī) Maimans izmantoja mākslīgu rubīna kristālu, kas tika apstarots ar gāzizlādes lampu un izstaroja šauri virzītu gaismas plūsmu. Pēc tam fiziķis nodibināja savu uzņēmumu Corad Corporation, kas kļuva par vadošo lieljaudas lāzeru izstrādātāju.
LĀZERU NĀKOTNE
Reklāmas video:
Mūsdienu pasauli bez lāzeriem ir grūti iedomāties. Tos izmanto gandrīz visur. Lāzeru spēja radīt lieljaudas enerģijas plūsmu ļauj tos izmantot rūpniecībā: griešanai, metināšanai, lodēšanai, marķēšanai un gravēšanai. Tā kā staru var fokusēt līdz mikrona lielumam, tas ir ideāli piemērots iespiedshēmu plates un pusvadītāju savienojumu veidošanai. Precīzs stara virziens ļauj izveidot lasīšanas ierīces un medicīnisko aprīkojumu. Utt
Ir mēģināts izgatavot stara ieročus. Piemēram, ASV militārie inženieri ir izstrādājuši SHEL lāzera sistēmu, kas izvietojama īpašā Boeing 747 YAL-1 lidmašīnā. Tas bija paredzēts ienaidnieka ballistisko raķešu notriekšanai. Projektam tika iztērēti vairāk nekā 5 miljardi dolāru, un testu laikā, kas notika 2010. gada februārī, lāzers pat notrieca trīs mērķa raķetes. Tomēr, ņemot vērā faktisko un deklarēto raksturlielumu neatbilstību, projekts tika slēgts.
Tomēr kaujas lāzerus var izmantot mierīgiem mērķiem. Pamatojoties uz padomju laikos uzbūvēto automobiļu kompleksu raķešu apkarošanai, ar Troitskas Inovatīvo un kodolsintēzes pētījumu institūta speciālistu centieniem tika izstrādāta oglekļa lāzera instalācija MLTK-50. Tas ir uzrādījis lieliskus rezultātus ugunsgrēka dzēšanā gāzes urbumā Karačaevskā, klinšu masas sadalīšanā, atomelektrostacijas betona virsmas attīrīšanā, mizojot un sadedzinot eļļas plēvi uz akvatorijas virsmas. Turklāt, pamatojoties uz to, ir paredzēts izveidot lāzerus dažādu rūpniecības vienību berzes virsmu atjaunošanai un pat tādu kaitīgu kukaiņu kā siseņu iznīcināšanai.
FOTONIKAS PAMATI
Ir skaidrs, ka lāzera tehnoloģijas attīstīsies tālāk. Perspektīvākās to izmantošanas jomas ir hologrāfiskie ekrāni, kodolenerģētika, starpplanētu transportlīdzekļu izpētes sistēmas. Bet salīdzinoši nesen lietišķajā zinātnē ir parādījies virziens, kas var mainīt visu mūsdienu elektronisko bāzi. Mēs runājam par fotoniku, kas nodarbojas ar fundamentāliem un praktiskiem pētījumiem optisko signālu izmantošanas jomā. Faktiski tas ir analogs elektronikai, elektronu vietā tiek izmantoti tikai lāzeru izstarotie fotoni.
Interesanti, ka fotonika ir "dzimusi" Ļeņingradas Valsts universitātē: 1970. gadā tur pat tika izveidota atbilstoša nodaļa, un par tās dibinātāju kļuva padomju akadēmiķis Aleksandrs Nikolajevičs Terenins. Kopš šī brīža sāka attīstīties zinātniskā skola, kas mūsu valsti padarīja par fotonikas līderi. Slavenākā ierīce, kas izstrādāta pēc tās principiem, ir optisko šķiedru kabeļi, kas dramatiski palielināja informācijas kanālu caurlaidspēju.
Mūsdienās galvenais darbs ar fotoniku tiek veikts Krievijas universitātēs un progresīvo pētījumu fondā; kopumā strādā vairāk nekā 850 organizācijas. Piemēram, ir uzsākts mūsu armijai pieejamo radaru iekārtu modernizēšanas projekts. Pāreja no elektroniskās uz fotonisko bāzi ļaus samazināt radaru staciju lielumu (daudzstāvu ēka pārvērtīsies par mazu furgonu) un palielināt to efektivitāti (palielināsies izšķirtspēja un imunitāte pret elektromagnētiskajiem traucējumiem). Jāatzīmē, ka izstrādātāji nekavējoties domā par šīs tehnoloģijas civilo pielietojumu: kompaktos radarus var izmantot ātrgaitas vilcienos un automašīnās, lai uzreiz atklātu šķēršļus. Turklāt tehnoloģija tiks izmantota, lai izveidotu "gudru" lidmašīnas ādu, pateicoties kurai visa fizelāža pārvērtīsies par spēcīgu radaru,ļaujot pilotiem redzēt visu, kas lidojuma laikā notiek ap viņu "pusi".
FOTO PASAULE
Fotonika attīstās vairākos virzienos. Jaunākie no tiem ir optoinformātika un radiofotonika. To mērķis izriet no nosaukuma: tie ir paredzēti, lai aizstātu esošās datoru un tīkla tehnoloģijas. Lai parādītu fotonikas priekšrocības šajā jomā, pietiek pieminēt, ka Maskavas Valsts universitātē izveidotais ultrafast fotoniskais slēdzis ļauj informācijas pārsūtīšanas ātrumu pa optisko šķiedru kabeli palielināt līdz simtiem terabitu sekundē (mūsdienu kabeļu robeža ir simts terabiti sekundē). Fotonisko sakaru parādīšanās, kas aizstās klasiskos, ļauj arī uz pusi samazināt enerģijas patēriņu un attiecīgi datu glabāšanas un uzglabāšanas sistēmu izmaksas. Piemēram, ASV datu centri jau patērē 2% no visas saražotās enerģijas,un ietaupījumi pārejā uz fotoniem būs ļoti nozīmīgi.
Tuvākās nākotnes izaicinājums ir fotoniska datora izveide, kas, domājams, ievērojami pārspēj pusvadītāju sistēmas veiktspējā. Tās savienojums ar ātrgaitas optiskajiem sakariem un pret gaismu jutīgām virsmām paver ceļu uz fundamentāli jauna tipa - miniatūru un mobilo - viedo ierīču parādīšanos, taču vienlaikus tām piemīt spēja apstrādāt nekodētu informāciju un pašmācīties. Ir ļoti iespējams, ka tieši no fotonikas kādreiz piedzims mākslīgais intelekts.
Mūsdienu zinātniskās fantastikas rakstnieku romānos var atrast no gaismas un spēka laukiem "austi" super-būtnes, spēcīgas un labestīgas. Varbūt šis attēls izrādīsies pravietisks redzējums - tāpat kā "siltuma staru" un "hiperboloīdu" attēli izrādījās pravietiski.
Antons Pervušins