Toen Alexei Tolstoj in 1927 klaar was met zijn nieuwe roman "De hyperboloïde van ingenieur Garin", had hij nauwelijks gedacht dat hij ooit de auteur van het idee van een laser zou worden genoemd en een visionair die de opkomst van een nieuwe wetenschappelijke en technische discipline voorspelde: fotonica. Maar in één opzicht bleek zijn vooruitziende blik honderd procent te zijn: "hyperboloïden" zullen de wereld echt op zijn kop zetten.
QUANTUM STRAAL
Voor het eerst werden "hittestralen", die alles rondom verbrandden, beschreven door HG Wells in de roman "War of the Worlds", gepubliceerd in 1898. Het idee leek productief: sciencefictionschrijvers, journalisten en zelfs gezaghebbende wetenschappers begonnen hypothetische stralen te bespreken. De beroemde uitvinder Nikola Tesla beweerde bijvoorbeeld dat hij bezig was met "doodsstralen" (hij noemde ze Teleforce), die een "geconcentreerde bundel deeltjes" waren en volgens zijn plan alle oorlogen zouden moeten stoppen, aangezien er geen verdediging tegen is. Helaas, maar de vredestichtende 'doodsstralen' waren blijkbaar afkomstig van die uitvindingen van Tesla, die hij niet tot leven wist te brengen.
De echte manier om hoogenergetische straling te creëren, werd aangegeven door Albert Einstein, die in 1916 een hypothese naar voren bracht over het bestaan van gestimuleerde straling. Hij zei dat het echt mogelijk is om de atomen van elk object in een aangeslagen toestand te brengen, waarna het actief fotonen gaat uitzenden, en in het vereiste spectrumbereik. Later onderbouwde Paul Dirac Einsteins hypothese in het kader van de kwantummechanica en in 1928 werd experimentele bevestiging van het bestaan van gestimuleerde straling verkregen.
De verschijning van de eerste apparaten die een gerichte hoogenergetische straal konden uitzenden, moest echter wachten. De prioriteit op dit gebied ligt bij de Amerikaanse natuurkundige Theodore Maiman. Op 16 mei 1960 demonstreerde hij aan collega's het werk van de eerste laser - een optische kwantumgenerator, die zijn naam dankt aan de afkorting LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Als actief medium (dat wil zeggen een voorwerp in aangeslagen toestand) gebruikte Maiman een kunstmatig robijnrood kristal, dat werd bestraald met een gasontladingslamp en een nauw gerichte lichtstroom uitzond. Vervolgens richtte de natuurkundige zijn eigen bedrijf op, Corad Corporation, dat een toonaangevende ontwikkelaar van krachtige lasers werd.
DE TOEKOMST VAN LASERS
Promotie video:
Het is moeilijk om de moderne wereld zonder lasers voor te stellen. Ze worden bijna overal gebruikt. Door het vermogen van lasers om een krachtige energiestroom te creëren, kunnen ze worden gebruikt in de industrie: voor snijden, lassen, solderen, markeren en graveren. Omdat de bundel kan worden gefocusseerd tot een punt ter grootte van een micron, is deze ideaal voor het maken van printplaten en halfgeleiderverbindingen. De precieze richting van de bundel maakt het mogelijk om leesapparatuur en medische apparatuur te maken. Enzovoort.
Er zijn pogingen gedaan om straalwapens te bouwen. Amerikaanse militaire ingenieurs hebben bijvoorbeeld het SHEL-lasersysteem ontworpen voor gebruik in een speciaal Boeing 747 YAL-1-vliegtuig. Het was ontworpen om vijandelijke ballistische raketten neer te schieten. Meer dan $ 5 miljard werd aan het project uitgegeven en tijdens de tests, die plaatsvonden in februari 2010, schoot de laser zelfs drie doelraketten neer. Vanwege de discrepantie tussen de feitelijke kenmerken en de gedeclareerde kenmerken, werd het project echter gesloten.
Gevechtslasers kunnen echter voor vreedzame doeleinden worden gebruikt. Op basis van een automobielcomplex voor het bestrijden van raketten, gebouwd in de Sovjettijd, door de inspanningen van specialisten van het Troitsk Institute for Innovation and Thermonuclear Research, werd een koolstoflaserinstallatie MLTK-50 ontworpen. Het heeft uitstekende resultaten laten zien bij het blussen van een brand in een gasbron in Karachaevsk, het opbreken van een rotsmassa, het decontamineren van het betonnen oppervlak bij een kerncentrale door een oliefilm op het oppervlak van het watergebied af te pellen en af te branden. Bovendien is het op basis daarvan gepland om lasers te maken voor het herstel van wrijvende oppervlakken van verschillende industriële eenheden en zelfs voor de vernietiging van schadelijke insecten zoals sprinkhanen.
BASIS VAN FOTONICA
Het is duidelijk dat lasertechnologieën zich verder zullen ontwikkelen. De meest veelbelovende toepassingsgebieden zijn holografische schermen, thermonucleaire energietechniek, onderzoekssystemen van interplanetaire voertuigen. Maar relatief recent is er in de toegepaste wetenschap een richting verschenen die een revolutie teweeg kan brengen in de hele moderne elektronische basis. We hebben het over fotonica, dat zich bezighoudt met fundamenteel en praktisch onderzoek op het gebied van het gebruik van optische signalen. In feite is het analoog aan elektronica, alleen fotonen die worden uitgezonden door lasers worden gebruikt in plaats van elektronen.
Het is interessant dat fotonica werd "geboren" aan de Staatsuniversiteit van Leningrad: in 1970 werd er zelfs een overeenkomstige afdeling opgericht, en de Sovjetacademicus Alexander Nikolajevitsj Terenin werd de oprichter. Vanaf dat moment begon de wetenschappelijke school zich te ontwikkelen, die ons land bij de leiders van fotonica bracht. Het bekendste apparaat dat volgens zijn principes is ontwikkeld, zijn glasvezelkabels, die de doorvoer van informatiekanalen aanzienlijk hebben verhoogd.
Tegenwoordig wordt het belangrijkste werk op het gebied van fotonica uitgevoerd aan Russische universiteiten en de Advanced Research Foundation; in totaal zijn er meer dan 850 organisaties werkzaam. Zo is er een project gestart om de radarfaciliteiten van ons leger te moderniseren. De overgang van een elektronische naar een fotonenbasis zal de omvang van radarstations verkleinen (een gebouw met meerdere verdiepingen verandert in een kleine bestelwagen) en hun efficiëntie verhogen (resolutie en weerstand tegen elektromagnetische interferentie zullen toenemen). Opvallend is dat de ontwikkelaars meteen nadenken over de civiele toepassing van deze technologie: compacte radars kunnen worden gebruikt in hogesnelheidstreinen en auto's om obstakels direct te detecteren. Bovendien zal de technologie worden gebruikt om een 'slimme' vliegtuighuid te creëren, waardoor de hele romp verandert in een krachtige radar,zodat piloten alles kunnen zien wat er rondom hun "zijde" gebeurt tijdens de vlucht.
PHOTON WERELD
Fotonica ontwikkelt zich in verschillende richtingen. De jongste daarvan zijn opto-informatica en radiofotonica. Hun doel volgt uit de naam: ze zijn bedoeld om bestaande computer- en netwerktechnologieën te vervangen. Om de voordelen van fotonica op dit gebied te laten zien, volstaat het te vermelden dat de ultrasnelle fotonische schakelaar die is gecreëerd aan de Moscow State University het mogelijk maakt om de snelheid van de informatieoverdracht over glasvezelkabel te verhogen tot honderden terabit per seconde (de limiet voor moderne kabels is honderd terabit per seconde). De opkomst van fotonische communicatie, die de klassieke zal vervangen, maakt het ook mogelijk om het energieverbruik en daarmee de kosten van gegevensopslag en opslagsystemen te halveren. In de VS bijvoorbeeld verbruiken datacenters al 2% van alle geproduceerde energie,en de besparingen bij de overgang naar fotonen zullen zeer aanzienlijk zijn.
De uitdaging voor de nabije toekomst is het creëren van een fotonische computer, waarvan wordt aangenomen dat deze qua prestaties aanzienlijk beter presteert dan halfgeleidersystemen. De verbinding met snelle optische communicatie en lichtgevoelige oppervlakken maakt de weg vrij voor de opkomst van intelligente apparaten van een fundamenteel nieuw type - miniatuur en mobiel, maar die tegelijkertijd niet-gecodeerde informatie kunnen verwerken en zichzelf kunnen leren. Het is zeer waarschijnlijk dat uit fotonica ooit een kunstmatige intelligentie zal ontstaan.
In de romans van moderne sciencefictionschrijvers vindt men superwezens die zijn 'geweven' van licht- en krachtvelden, krachtig en welwillend. Misschien zal dit beeld een profetisch visioen blijken te zijn - net zoals de beelden van "hittestralen" en "hyperboloïde" profetisch bleken te zijn.
Anton Pervushin
