Cuando en 1927 Alexei Tolstoi terminó de trabajar en su nueva novela "El hiperboloide del ingeniero Garin", difícilmente pensó que alguna vez lo llamarían el autor de la idea de un láser y un visionario que predijo el surgimiento de una nueva disciplina científica y técnica: la fotónica. Pero en una cosa, su previsión resultó ser del cien por cien: los "hiperboloides" realmente pondrán el mundo patas arriba.
HAZ CUÁNTICO
Por primera vez, H. G. Wells describió los rayos de "calor", que quemaban todo a su alrededor, en la novela "La guerra de los mundos", publicada en 1898. La idea parecía productiva: escritores de ciencia ficción, periodistas e incluso científicos autorizados comenzaron a discutir sobre rayos hipotéticos. Por ejemplo, el famoso inventor Nikola Tesla afirmó que estaba trabajando en "rayos de la muerte" (los llamó Teleforce), que eran un "haz concentrado de partículas" y deberían, según su plan, detener todas las guerras, ya que no hay defensa contra ellos. Por desgracia, los "rayos de la muerte" pacificadores eran, aparentemente, de esos inventos de Tesla, que nunca logró dar vida.
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La forma real de crear rayos de alta energía fue señalada por Albert Einstein, quien en 1916 planteó una hipótesis sobre la existencia de radiación estimulada. Dijo que es realmente posible llevar los átomos de cualquier objeto a un estado excitado, después del cual comenzará a emitir fotones activamente, y en el rango de espectro requerido. Posteriormente, Paul Dirac fundamentó la hipótesis de Einstein en el marco de la mecánica cuántica, y en 1928 se obtuvo la confirmación experimental de la existencia de radiación estimulada.
Sin embargo, la aparición de los primeros dispositivos capaces de emitir un haz dirigido de alta energía tuvo que esperar. La prioridad en esta área pertenece al físico estadounidense Theodore Maiman. El 16 de mayo de 1960, demostró a sus colegas el trabajo del primer láser, un generador cuántico óptico, que recibió su nombre de la abreviatura LASER (Amplificación de luz por emisión estimulada de radiación). Como medio activo (es decir, un objeto en un estado excitado), Maiman usó un cristal de rubí artificial, que fue irradiado con una lámpara de descarga de gas y emitió un flujo de luz estrechamente dirigido. Posteriormente, el físico fundó su propia empresa, Corad Corporation, que se convirtió en un desarrollador líder de láseres de alta potencia.
EL FUTURO DE LOS LÁSERES
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Es difícil imaginar el mundo moderno sin láseres. Se utilizan en casi todas partes. La capacidad de los láseres para crear un flujo de energía de alta potencia les permite ser utilizados en la industria: para cortar, soldar, soldar, marcar y grabar. Debido a que el haz se puede enfocar a un punto del tamaño de una micra, es ideal para hacer placas de circuito impreso y conexiones de semiconductores. La direccionalidad precisa del haz permite crear dispositivos de lectura y equipos médicos. Etc.
Se han hecho intentos para construir armas de rayos. Por ejemplo, los ingenieros militares de EE. UU. Han diseñado el sistema láser SHEL para implementarlo en un avión especial Boeing 747 YAL-1. Fue diseñado para derribar misiles balísticos enemigos. Se gastaron más de $ 5 mil millones en el proyecto, y durante las pruebas, que tuvieron lugar en febrero de 2010, el láser incluso derribó tres misiles objetivo. Sin embargo, debido a la discrepancia entre las características reales y las declaradas, el proyecto fue cerrado.
Sin embargo, los láseres de combate se pueden utilizar con fines pacíficos. Sobre la base de un complejo de automóviles para combatir misiles, construido en la época soviética, gracias a los esfuerzos de especialistas del Instituto Troitsk de Innovación e Investigación Termonuclear, se diseñó una instalación de láser de carbono MLTK-50. Ha mostrado excelentes resultados en la extinción de un incendio en un pozo de gas en Karachaevsk, rompiendo una masa rocosa, descontaminando la superficie de hormigón en una planta de energía nuclear al pelar y quemar una película de aceite en la superficie del área de agua. Además, sobre esta base, está previsto crear láseres para la restauración de superficies de fricción de diversas unidades industriales e incluso para la destrucción de insectos dañinos como las langostas.
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FUNDAMENTOS DE LA FOTÓNICA
Está claro que las tecnologías láser seguirán desarrollándose. Las áreas más prometedoras de su uso son las pantallas holográficas, la ingeniería de energía termonuclear, los sistemas de investigación de vehículos interplanetarios. Pero hace relativamente poco tiempo, ha aparecido una dirección en la ciencia aplicada que puede revolucionar toda la base electrónica moderna. Estamos hablando de la fotónica, que se dedica a la investigación fundamental y práctica en el campo del uso de señales ópticas. De hecho, es análogo a la electrónica, solo se utilizan fotones emitidos por láseres en lugar de electrones.
Es interesante que la fotónica "nació" en la Universidad Estatal de Leningrado: en 1970 incluso se estableció allí un departamento correspondiente, y el académico soviético Alexander Nikolaevich Terenin se convirtió en su fundador. A partir de ese momento comenzó a desarrollarse la escuela científica, que convirtió a nuestro país en líder en fotónica. El dispositivo más famoso desarrollado según sus principios son los cables de fibra óptica, que aumentaron drásticamente el rendimiento de los canales de información.
Hoy en día, el trabajo principal sobre fotónica se lleva a cabo en universidades rusas y la Fundación para la Investigación Avanzada; en total trabajan más de 850 organizaciones. Por ejemplo, se ha lanzado un proyecto para modernizar las instalaciones de radar disponibles para nuestro ejército. La transición de una base electrónica a una fotónica permitirá reducir el tamaño de las estaciones de radar (un edificio de varios pisos se convertirá en una pequeña camioneta) y aumentar su eficiencia (la resolución y la inmunidad a las interferencias electromagnéticas aumentarán). Es de destacar que los desarrolladores piensan inmediatamente en la aplicación civil de esta tecnología: los radares compactos se pueden utilizar en trenes y coches de alta velocidad para la detección instantánea de obstáculos. Además, la tecnología se utilizará para crear una piel de avión "inteligente", gracias a la cual todo el fuselaje se convertirá en un poderoso radar.permitiendo a los pilotos ver todo lo que sucede alrededor de su "lado" durante el vuelo.
MUNDO PHOTON
La fotónica se está desarrollando en varias direcciones. Los más jóvenes son optoinformática y radiofotónica. Su propósito se deriva del nombre: están destinados a reemplazar las tecnologías informáticas y de red existentes. Para mostrar las ventajas que aporta la fotónica en este ámbito, basta mencionar que el conmutador fotónico ultrarrápido creado en la Universidad Estatal de Moscú permite elevar la velocidad de transferencia de información por cable de fibra óptica a cientos de terabits por segundo (el límite para cables modernos es de cien terabits por segundo). La aparición de las comunicaciones fotónicas, que sustituirán a las clásicas, también permite reducir a la mitad el consumo de energía y, en consecuencia, el coste de los sistemas de almacenamiento y almacenamiento de datos. Por ejemplo, en EE. UU., Los centros de datos ya consumen el 2% de toda la energía producida,y los ahorros en la transición a fotones serán muy significativos.
La tarea para el futuro cercano es la creación de una computadora fotónica que, como se cree, superará significativamente a los sistemas basados en semiconductores en su rendimiento. Su conexión con las comunicaciones ópticas de alta velocidad y las superficies sensibles a la luz abre el camino a la aparición de dispositivos inteligentes de un tipo fundamentalmente nuevo: en miniatura y móviles, pero que al mismo tiempo poseen la capacidad de procesar información no codificada y autoaprendizaje. Es muy probable que sea de la fotónica que algún día nazca una inteligencia artificial.
En las novelas de los escritores de ciencia ficción modernos, uno puede encontrar super-seres "tejidos" a partir de campos de luz y fuerza, poderosos y benevolentes. Quizás esta imagen resulte ser una visión profética - así como las imágenes de "rayos de calor" e "hiperboloide" resultaron ser proféticas.
Anton Pervushin
