Kad je 1927. godine Aleksej Tolstoj dovršio rad na svom novom romanu "Hiperboloid inženjera Garina", jedva je pomislio da će ga ikad nazvati autorom ideje o laseru i vizionarom koji je predvidio pojavu nove znanstvene i tehničke discipline - fotonike. No, u jednoj se stvari njegova pronicljivost pokazala stopostotnom: "hiperboloidi" će svijet doista preokrenuti.
KVANTNA ZRAKA
Prvi je put zrake "topline", sagorijevajući sve oko sebe, opisao H. G. Wells u romanu "Rat svjetova", objavljenom 1898. godine. Ideja se činila produktivnom: pisci znanstvene fantastike, novinari, pa čak i autoritativni znanstvenici počeli su raspravljati o hipotetskim zrakama. Primjerice, poznati izumitelj Nikola Tesla tvrdio je da je radio na "zrakama smrti" (nazvao ih je Teleforce), koje su bile "koncentrirana zraka čestica" i trebale bi, prema njegovu planu, zaustaviti sve ratove, jer protiv njih nema obrane. Jao, ali mirotvorne "zrake smrti", očito su bile iz Teslinih izuma koje nije uspio oživjeti.
Pravi način stvaranja visokoenergijskih zraka istaknuo je Albert Einstein koji je 1916. iznio hipotezu o postojanju stimuliranog zračenja. Rekao je da je stvarno moguće atome bilo kojeg objekta dovesti u pobuđeno stanje, nakon čega će aktivno početi emitirati fotone i to u potrebnom opsegu spektra. Kasnije je Paul Dirac Einsteinovu hipotezu potkrijepio u okviru kvantne mehanike, a eksperimentalna potvrda postojanja stimuliranog zračenja dobivena je 1928. godine.
Međutim, pojava prvih uređaja koji su mogli emitirati usmjereni snop visoke energije morao je pričekati. Prioritet na ovom području ima američki fizičar Theodore Maiman. 16. svibnja 1960. demonstrirao je kolegama rad prvog lasera - optičkog kvantnog generatora, koji je ime dobio po kratici LASER (Pojačanje svjetlosti stimuliranom emisijom zračenja). Kao aktivni medij (tj. Objekt u pobuđenom stanju), Maiman je koristio umjetni kristal rubina, koji je ozračen plinskim pražnjenjem i emitirao usko usmjereni svjetlosni tok. Nakon toga, fizičar je osnovao vlastitu tvrtku Corad Corporation koja je postala vodeći programer lasera velike snage.
BUDUĆNOST LASERA
Promotivni video:
Teško je zamisliti suvremeni svijet bez lasera. Koriste se gotovo svugdje. Sposobnost lasera da stvore protok energije velike snage omogućuje im upotrebu u industriji: za rezanje, zavarivanje, lemljenje, označavanje i graviranje. Budući da se snop može fokusirati na točku veličine mikrona, idealan je za izradu tiskanih pločica i poluvodičkih veza. Precizna usmjerenost zrake omogućuje stvaranje uređaja za čitanje i medicinske opreme. Itd.
Pokušavali su se izraditi zrake od grede. Primjerice, američki vojni inženjeri dizajnirali su SHEL laserski sustav koji će se rasporediti na specijalnom zrakoplovu Boeing 747 YAL-1. Dizajniran je za obaranje neprijateljskih balističkih projektila. Na projekt je potrošeno više od 5 milijardi dolara, a tijekom ispitivanja koja su se dogodila u veljači 2010. godine, laser je čak oborio tri ciljne rakete. Međutim, zbog neslaganja između stvarnih karakteristika i deklariranih karakteristika, projekt je zatvoren.
Međutim, borbeni laseri mogu se koristiti u miroljubive svrhe. Na osnovi automobilskog kompleksa za borbu protiv projektila, izgrađenog u sovjetsko doba, zalaganjem stručnjaka iz Instituta za inovacije i termonuklearna istraživanja Troitsk, projektirana je instalacija za ugljični laser MLTK-50. Pokazao je izvrsne rezultate u gašenju požara na plinskoj bušotini u Karačaevsku, razbijanju kamene mase, dekontaminaciji površine betona u nuklearnoj elektrani ljuštenjem i izgaranjem uljnog filma na površini vodenog područja. Osim toga, na njegovoj osnovi planira se stvoriti lasere za obnavljanje trljajućih površina različitih industrijskih jedinica, pa čak i za uništavanje štetnih insekata poput skakavaca.
OSNOVE FOTONIKE
Jasno je da će se laserske tehnologije dalje razvijati. Najperspektivnija područja njihove upotrebe su holografski zasloni, termonuklearna energetika, istraživački sustavi međuplanetarnih vozila. No, relativno se nedavno u primijenjenoj znanosti pojavio smjer koji može revolucionirati cijelu modernu elektroničku bazu. Govorimo o fotonici koja se bavi temeljnim i praktičnim istraživanjima na polju korištenja optičkih signala. U stvari, analogan je elektronici, umjesto elektrona koriste se samo fotoni koje emitiraju laseri.
Zanimljivo je da se fotonika "rodila" na Lenjingradskom državnom sveučilištu: 1970. tamo je čak osnovan odgovarajući odjel, a sovjetski akademik Aleksandar Nikolajevič Terenin postao je njezin osnivač. Od tog trenutka počela se razvijati znanstvena škola koja je našu zemlju dovela do vođa fotonike. Najpoznatiji uređaj razvijen na njegovim principima su optički kabeli, koji su dramatično povećali propusnost informacijskih kanala.
Danas se glavni posao na fotonici provodi na ruskim sveučilištima i u Zakladi za napredna istraživanja; ukupno je zaposleno preko 850 organizacija. Na primjer, pokrenut je projekt modernizacije radarskih objekata dostupnih našoj vojsci. Prijelaz s elektroničke na fotonsku bazu omogućit će smanjenje veličine radarskih postaja (višespratnica će se pretvoriti u mali kombi) i povećanje njihove učinkovitosti (povećat će se razlučivost i otpornost na elektromagnetske smetnje). Važno je napomenuti da programeri odmah razmišljaju o civilnoj primjeni ove tehnologije: kompaktni radari mogu se koristiti u brzim vlakovima i automobilima za trenutno otkrivanje prepreka. Štoviše, tehnologija će se koristiti za stvaranje "pametne" kože zrakoplova, zahvaljujući kojoj će se cijeli trup pretvoriti u snažni radar,omogućujući pilotima da vide sve što se događa oko njihove "strane" tijekom leta.
FOTONSKI SVIJET
Fotonika se razvija u nekoliko pravaca. Najmlađi od njih su optoinformatika i radiofotonika. Njihova namjena proizlazi iz naziva: namijenjeni su zamjeni postojećih računalnih i mrežnih tehnologija. Da bi se pokazale prednosti koje fotonika pruža na ovom području, dovoljno je spomenuti da ultrabrzi fotonski prekidač stvoren na Moskovskom državnom sveučilištu omogućuje povećanje brzine prijenosa podataka preko optičkog kabela na stotine terabita u sekundi (ograničenje za moderne kabele je sto terabita u sekundi). Pojava fotonskih komunikacija, koje će zamijeniti klasične, također omogućuje prepolovljenje potrošnje energije i, sukladno tome, troškova pohrane podataka i sustava za pohranu. Na primjer, u SAD-u podatkovni centri već troše 2% sve proizvedene energije,a uštede na prijelazu na fotone bit će vrlo značajne.
Zadatak je u bliskoj budućnosti stvaranje fotonskog računala, koje će, kako se vjeruje, u svojim performansama znatno nadmašiti sustave temeljene na poluvodičima. Njegova povezanost s optičkim komunikacijama velike brzine i površinama osjetljivim na svjetlost otvara put za pojavu inteligentnih uređaja iz temeljno novog tipa - minijaturnih i mobilnih, ali koji istovremeno imaju sposobnost obrade nekodiranih informacija i samoučenja. Velika je vjerojatnost da će se iz fotonike jednog dana roditi umjetna inteligencija.
U romanima modernih pisaca znanstvene fantastike mogu se naći super-bića "satkana" od polja svjetlosti i sile, snažna i dobronamjerna. Možda će se ova slika pokazati proročanskom vizijom - baš kao što su se slike "toplinskih zraka" i "hiperboloida" pokazale proročanskim.
Anton Pervušin
