Kui Aleksei Tolstoi 1927. aastal oma uue romaani "Insener Garini hüperboloid" kallal töö lõpetas, siis vaevalt ta arvas, et teda kunagi nimetatakse laseri idee autoriks ja visionääriks, kes ennustas uue teadusliku ja tehnilise distsipliini - fotoonika - tekkimist. Kuid ühes asjas osutus tema ettenägelikkus sajaprotsendiliseks: "hüperboloidid" pööravad maailma tõepoolest pea peale.
KVANTIUMTALA
Esimest korda kirjeldas HG Wells 1898. aastal ilmunud romaanis "Maailmade sõda" kõike, mis põletas kõike ümbritsevat. Idee tundus produktiivne: ulmekirjanikud, ajakirjanikud ja isegi autoriteetsed teadlased hakkasid arutlema hüpoteetiliste kiirte üle. Näiteks väitis kuulus leiutaja Nikola Tesla, et ta töötab "surmakiirtega" (nimetas neid Teleforce'iks), mis olid "kontsentreeritud osakeste kiir" ja peaksid tema plaani kohaselt kõik sõjad peatama, kuna nende vastu pole kaitset. Paraku, kuid rahutagamise "surmakiired" tulid ilmselt nendest Tesla leiutistest, mida tal ei õnnestunud ellu äratada.
Tegeliku viisi suure energiaga kiirte loomiseks tõi välja Albert Einstein, kes esitas 1916. aastal hüpoteesi stimuleeritud kiirguse olemasolu kohta. Ta ütles, et on tõesti võimalik viia mis tahes objekti aatomid ergastatud olekusse, misjärel see hakkab aktiivselt footoneid eraldama ja vajalikus spektrivahemikus. Hiljem põhjendas Paul Dirac Einsteini hüpoteesi kvantmehaanika raames ning stimuleeritud kiirguse olemasolu kohta saadi eksperimentaalne kinnitus 1928. aastal.
Esimeste seadmete, mis on võimelised kiirgavat suure energiaga kiirgama, ilmumist tuli siiski oodata. Selle valdkonna prioriteet on Ameerika füüsikul Theodore Maimanil. 16. mail 1960 demonstreeris ta kolleegidele esimese laseri - optilise kvantgeneraatori - tööd, mis sai oma nime lühendilt LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Aktiivse keskkonnana (st erutatud olekus oleva objektina) kasutas Maiman kunstlikku rubiinkristalli, mida kiiritati gaaslahenduslambiga ja mis eraldas kitsalt suunatud valgusvoo. Seejärel asutas füüsik oma ettevõtte Corad Corporation, millest sai juhtiv suure võimsusega laserite arendaja.
LASERITE TULEVIK
Reklaamvideo:
Kaasaegset maailma on raske ette kujutada ilma laseriteta. Neid kasutatakse peaaegu kõikjal. Laserite võime luua suure võimsusega energiavoog võimaldab neid kasutada tööstuses: lõikamiseks, keevitamiseks, jootmiseks, märgistamiseks ja graveerimiseks. Kuna kiirt saab fokusseerida mikronisuuruse punktini, on see ideaalne trükkplaatide ja pooljuhtühenduste tegemiseks. Kiire täpne suund võimaldab luua lugemisseadmeid ja meditsiiniseadmeid. Jne.
Kiirrelvi on üritatud ehitada. Näiteks on USA sõjaväeinsenerid kavandanud spetsiaalse lennukiga Boeing 747 YAL-1 paigutamiseks lasersüsteemi SHEL. See oli mõeldud vaenlase ballistiliste rakettide allatulistamiseks. Projektile kulutati üle 5 miljardi dollari ning 2010. aasta veebruaris toimunud katsetuste käigus tulistas laser alla isegi kolm sihtmürsku. Kuid tegelike ja deklareeritud omaduste lahknevuse tõttu oli projekt suletud.
Lahinglasereid saab aga kasutada rahumeelsetel eesmärkidel. Nõukogude ajal ehitatud rakettide vastu võitlemiseks mõeldud autokompleksi põhjal kavandati Troitski uuenduslike ja termotuumasünteesi uuringute instituudi spetsialistide jõul süsiniklaserite paigaldus MLTK-50. See on näidanud suurepäraseid tulemusi Karachaevski gaasikaevu tulekahju kustutamisel, kivimimassi purustamisel, tuumaelektrijaama betoonpinna saastest puhastamisel, veeala pinnal õlikile koorides ja põletades. Lisaks on selle põhjal kavas luua laserid erinevate tööstusüksuste hõõrduvate pindade taastamiseks ja isegi kahjulike putukate, näiteks jaaniusside hävitamiseks.
FOTONIKA ALUSED
On selge, et lasertehnoloogiad arenevad edasi. Nende kõige lootustandvamad valdkonnad on holograafilised ekraanid, termotuumaenergeetika, planeetidevaheliste sõidukite uurimissüsteemid. Kuid suhteliselt hiljuti on rakendusteaduses ilmnenud suund, mis võib muuta kogu kaasaegse elektroonilise baasi. Jutt on fotoonikast, mis tegeleb fundamentaalsete ja praktiliste uuringutega optiliste signaalide kasutamise valdkonnas. Tegelikult on see analoogne elektroonikaga, elektronide asemel kasutatakse ainult laserite kiiratud footoneid.
Huvitav on see, et fotoonika sündis Leningradi Riiklikus Ülikoolis: 1970. aastal asutati seal isegi vastav osakond ja selle asutajaks sai Nõukogude akadeemik Aleksander Nikolaevitš Terenin. Sellest hetkest hakkas arenema teaduskool, mis viis meie riigi fotoonika juhtideni. Kõige kuulsam selle põhimõtetel välja töötatud seade on fiiberoptilised kaablid, mis suurendasid dramaatiliselt infokanalite läbilaskvust.
Täna tehakse fotoonikaga seotud põhitööd Venemaa ülikoolides ja Advanced Research Foundationis; kokku töötab üle 850 organisatsiooni. Näiteks on käivitatud projekt meie armee käsutuses olevate radarirajatiste ajakohastamiseks. Elektrooniliselt footonibaasile üleminek vähendab radarijaamade suurust (mitmekorruseline hoone muutub väikeseks kaubikuks) ja suurendab nende efektiivsust (suureneb eraldusvõime ja vastupidavus elektromagnetilistele häiretele). On märkimisväärne, et arendajad mõtlevad kohe selle tehnoloogia tsiviilrakendustele: kompaktseid radareid saab kiirraudtees ja autodes kasutada takistuste koheseks tuvastamiseks. Pealegi kasutatakse seda tehnoloogiat "nutika" õhusõiduki naha loomiseks, tänu millele saab kogu kere võimsaks radariks,võimaldades pilootidel näha kõike, mis toimub lennu ajal nende "külje" ümber.
FOTO MAAILM
Fotoonika areneb mitmes suunas. Noorimad neist on optoinformaatika ja radiofotoonika. Nende eesmärk tuleneb nimest: need on mõeldud olemasolevate arvuti- ja võrgutehnoloogiate asendamiseks. Et näidata eeliseid, mida fotoonika selles valdkonnas pakub, piisab sellest, kui mainida, et Moskva Riiklikus Ülikoolis loodud ülikiire fotooniline lüliti võimaldab tõsta kiudoptilise kaabli kaudu teabe edastamise kiirust sadadele terabitidele sekundis (tänapäevaste kaablite piirmäär on sada terabitti sekundis). Fotonilise side tekkimine, mis asendab klassikalisi, võimaldab samuti vähendada energiatarbimist ning vastavalt andmete salvestamise ja salvestamise süsteemide kulusid poole võrra. Näiteks USA-s tarbivad andmekeskused juba 2% kogu toodetud energiast,ja footonitele ülemineku kokkuhoid on väga märkimisväärne.
Lähituleviku ülesandeks on footonarvuti loomine, mis, nagu arvatakse, ületab oma jõudluses märkimisväärselt pooljuhtidel põhinevaid süsteeme. Selle ühendus kiire optilise side ja valgustundlike pindadega avab tee põhimõtteliselt uut tüüpi intelligentsete seadmete - miniatuursete ja mobiilsete - tekkimisele, kuid omab samal ajal võimet töödelda kodeerimata teavet ja ise õppida. Suure tõenäosusega sünnib ühel päeval tehisintellekt just fotoonikast.
Kaasaegsete ulmekirjanike romaanidest võib leida valgus- ja jõuväljadest "kootud" superolendeid, võimsaid ja heatahtlikke. Võib-olla osutub see pilt prohvetlikuks nägemuseks - nii nagu "kuumakiirte" ja "hüperboloidi" kujutised osutusid prohvetlikeks.
Anton Pervushin
