Als Alexei Tolstoi 1927 die Arbeit an seinem neuen Roman "Das Hyperboloid des Ingenieurs Garin" beendete, dachte er kaum, dass er jemals als Autor der Laseridee und Visionär bezeichnet werden würde, der die Entstehung einer neuen wissenschaftlichen und technischen Disziplin vorhersagte - der Photonik. Aber in einer Sache stellte sich heraus, dass seine Voraussicht hundertprozentig war: "Hyperboloide" werden die Welt wirklich auf den Kopf stellen.
QUANTUMSTRAHL
Zum ersten Mal wurden von HG Wells in dem 1898 veröffentlichten Roman "War of the Worlds" "Wärmestrahlen" beschrieben, die alles verbrennen. Die Idee schien produktiv: Science-Fiction-Autoren, Journalisten und sogar maßgebliche Wissenschaftler begannen, hypothetische Strahlen zu diskutieren. Zum Beispiel behauptete der berühmte Erfinder Nikola Tesla, er arbeite an den "Todesstrahlen" (er nannte sie Teleforce), die ein "konzentrierter Teilchenstrahl" seien und nach seinem Plan alle Kriege stoppen sollten, da es keine Verteidigung gegen sie gibt. Leider, aber die friedensstiftenden "Todesstrahlen" stammten offenbar aus den Erfindungen von Tesla, die er nicht zum Leben erwecken konnte.
Der wirkliche Weg zur Erzeugung energiereicher Strahlen wurde von Albert Einstein aufgezeigt, der 1916 eine Hypothese über die Existenz stimulierter Strahlung aufstellte. Er sagte, dass es wirklich möglich ist, die Atome eines Objekts in einen angeregten Zustand zu bringen, wonach es aktiv beginnt, Photonen und im erforderlichen Spektralbereich zu emittieren. Später begründete Paul Dirac Einsteins Hypothese im Rahmen der Quantenmechanik, und 1928 wurde eine experimentelle Bestätigung der Existenz stimulierter Strahlung erhalten.
Das Erscheinen der ersten Geräte, die einen gerichteten Hochenergiestrahl aussenden können, musste jedoch warten. Die Priorität in diesem Bereich liegt beim amerikanischen Physiker Theodore Maiman. Am 16. Mai 1960 demonstrierte er Kollegen die Arbeit des ersten Lasers - eines optischen Quantengenerators, der seinen Namen von der Abkürzung LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) erhielt. Als aktives Medium (dh ein Objekt in einem angeregten Zustand) verwendete Maiman einen künstlichen Rubinkristall, der mit einer Gasentladungslampe bestrahlt wurde und einen eng gerichteten Lichtfluss emittierte. Anschließend gründete der Physiker seine eigene Firma, die Corad Corporation, die zu einem führenden Entwickler von Hochleistungslasern wurde.
DIE ZUKUNFT DER LASER
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Die moderne Welt ist ohne Laser kaum vorstellbar. Sie werden fast überall eingesetzt. Die Fähigkeit von Lasern, einen Hochleistungsenergiefluss zu erzeugen, ermöglicht den Einsatz in der Industrie: zum Schneiden, Schweißen, Löten, Markieren und Gravieren. Da der Strahl auf einen mikrometergroßen Punkt fokussiert werden kann, ist er ideal für die Herstellung von Leiterplatten und Halbleiterverbindungen. Die genaue Ausrichtung des Strahls ermöglicht die Erstellung von Lesegeräten und medizinischen Geräten. Usw.
Es wurden Versuche unternommen, Strahlwaffen zu bauen. Beispielsweise haben US-Militäringenieure das SHEL-Lasersystem für den Einsatz in einem Boeing 747 YAL-1-Spezialflugzeug entwickelt. Es wurde entwickelt, um feindliche ballistische Raketen abzuschießen. Mehr als 5 Milliarden US-Dollar wurden für das Projekt ausgegeben, und während der Tests, die im Februar 2010 stattfanden, schoss der Laser sogar drei Zielraketen ab. Aufgrund der Diskrepanz zwischen den tatsächlichen und den deklarierten Merkmalen wurde das Projekt jedoch abgeschlossen.
Kampflaser können jedoch für friedliche Zwecke eingesetzt werden. Auf der Grundlage eines Automobilkomplexes zur Bekämpfung von Raketen, der in sowjetischer Zeit von Spezialisten des Troitsk-Instituts für Innovation und thermonukleare Forschung gebaut wurde, wurde eine Kohlenstofflaserinstallation MLTK-50 entworfen. Es hat hervorragende Ergebnisse beim Löschen eines Feuers an einer Gasbohrung in Karatschewew, beim Aufbrechen einer Gesteinsmasse und beim Dekontaminieren der Betonoberfläche eines Kernkraftwerks durch Abziehen und Abbrennen eines Ölfilms auf der Oberfläche des Wassergebiets gezeigt. Darüber hinaus ist geplant, auf dieser Basis Laser zur Wiederherstellung von Reibflächen verschiedener Industrieanlagen und sogar zur Zerstörung schädlicher Insekten wie Heuschrecken zu entwickeln.
GRUNDLAGEN DER PHOTONIK
Es ist klar, dass sich die Lasertechnologien weiterentwickeln werden. Die vielversprechendsten Einsatzgebiete sind holographische Bildschirme, thermonukleare Energietechnik und Forschungssysteme für interplanetare Fahrzeuge. In der angewandten Wissenschaft hat sich jedoch vor relativ kurzer Zeit eine Richtung herausgebildet, die die gesamte moderne elektronische Basis revolutionieren kann. Wir sprechen von der Photonik, die sich mit Grundlagenforschung und praktischer Forschung auf dem Gebiet der Verwendung optischer Signale befasst. In der Tat ist es analog zur Elektronik, anstelle von Elektronen werden nur von Lasern emittierte Photonen verwendet.
Es ist interessant, dass die Photonik an der Staatlichen Universität Leningrad "geboren" wurde: 1970 wurde dort sogar eine entsprechende Abteilung eingerichtet, und der sowjetische Akademiker Alexander Nikolaevich Terenin wurde ihr Gründer. Von diesem Moment an begann sich die wissenschaftliche Schule zu entwickeln, die unser Land zu den Führern der Photonik brachte. Das bekannteste Gerät, das nach seinen Prinzipien entwickelt wurde, sind Glasfaserkabel, die den Durchsatz von Informationskanälen drastisch erhöhten.
Heute werden die Hauptarbeiten zur Photonik an russischen Universitäten und der Advanced Research Foundation durchgeführt. Insgesamt sind über 850 Organisationen beschäftigt. Zum Beispiel wurde ein Projekt zur Modernisierung der Radaranlagen unserer Armee gestartet. Der Übergang von einer elektronischen zu einer photonischen Basis ermöglicht es, die Größe von Radarstationen zu reduzieren (ein mehrstöckiges Gebäude wird zu einem kleinen Van) und ihre Effizienz zu erhöhen (Auflösung und Immunität gegen elektromagnetische Störungen werden zunehmen). Es ist bemerkenswert, dass die Entwickler sofort über die zivile Anwendung dieser Technologie nachdenken: Kompakte Radargeräte können in Hochgeschwindigkeitszügen und -wagen zur sofortigen Erkennung von Hindernissen eingesetzt werden. Darüber hinaus wird die Technologie verwendet, um "intelligente" Flugzeughaut zu schaffen, dank derer der gesamte Rumpf in ein leistungsstarkes Radar verwandelt wird. So können Piloten alles sehen, was während des Fluges um ihre "Seite" passiert.
FOTONWELT
Die Photonik entwickelt sich in verschiedene Richtungen. Die jüngsten von ihnen sind Optoinformatik und Radiophotonik. Ihr Zweck folgt aus dem Namen: Sie sollen vorhandene Computer- und Netzwerktechnologien ersetzen. Um die Vorteile der Photonik in diesem Bereich aufzuzeigen, ist zu erwähnen, dass der ultraschnelle photonische Schalter, der an der Moskauer Staatsuniversität entwickelt wurde, es ermöglicht, die Geschwindigkeit der Informationsübertragung über Glasfaserkabel auf Hunderte von Terabit pro Sekunde zu erhöhen (die Grenze für moderne Kabel liegt bei einhundert Terabit pro Sekunde). Das Aufkommen der photonischen Kommunikation, die die klassischen ersetzen wird, ermöglicht es auch, den Energieverbrauch und dementsprechend die Kosten für Datenspeicherung und Speichersysteme zu halbieren. In den USA verbrauchen Rechenzentren beispielsweise bereits 2% der gesamten erzeugten Energie.und die Einsparungen beim Übergang zu Photonen werden sehr bedeutend sein.
Die Aufgabe für die nahe Zukunft ist die Schaffung eines photonischen Computers, der, wie angenommen wird, Systeme auf der Basis von Halbleitern in seiner Leistung deutlich übertreffen wird. Die Verbindung mit optischer Hochgeschwindigkeitskommunikation und lichtempfindlichen Oberflächen eröffnet den Weg zur Entstehung intelligenter Geräte eines grundlegend neuen Typs - Miniatur und Mobil, die jedoch gleichzeitig die Fähigkeit besitzen, nicht codierte Informationen zu verarbeiten und selbst zu lernen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass eines Tages aus der Photonik eine künstliche Intelligenz geboren wird.
In den Romanen moderner Science-Fiction-Autoren findet man Superwesen, die aus Licht- und Kraftfeldern "gewebt" sind, mächtig und wohlwollend. Vielleicht wird sich dieses Bild als prophetische Vision herausstellen - genau wie sich die Bilder von "Wärmestrahlen" und "Hyperboloid" als prophetisch herausstellten.
Anton Pervushin
