Lorsqu'en 1927 Alexei Tolstoï a terminé le travail sur son nouveau roman "L'hyperboloïde de l'ingénieur Garin", il a à peine pensé qu'il serait jamais appelé l'auteur de l'idée laser et le visionnaire qui a prédit l'émergence d'une nouvelle discipline scientifique et technique - la photonique. Mais en une chose, sa prévoyance s'est avérée être à cent pour cent: les «hyperboloïdes» vont vraiment bouleverser le monde.
FAISCEAU QUANTUM
Pour la première fois, des rayons «de chaleur», brûlant tout autour, ont été décrits par H. G. Wells dans le roman «War of the Worlds», publié en 1898. L'idée semblait productive: des écrivains de science-fiction, des journalistes et même des scientifiques faisant autorité ont commencé à discuter de rayons hypothétiques. Par exemple, le célèbre inventeur Nikola Tesla a affirmé qu'il travaillait sur des "rayons de la mort" (il les appelait Teleforce), qui étaient un "faisceau concentré de particules" et devraient, selon son plan, arrêter toutes les guerres, car il n'y a aucune défense contre eux. Hélas, mais les «rayons de la mort» pacifistes provenaient, apparemment, de ces inventions de Tesla, qu'il n'a jamais réussi à faire vivre.
La véritable manière de créer des rayons de haute énergie a été mise en évidence par Albert Einstein, qui en 1916 a émis une hypothèse sur l'existence de radiations stimulées. Il a dit qu'il est vraiment possible d'amener les atomes de n'importe quel objet dans un état excité, après quoi il commencera activement à émettre des photons, et dans la gamme de spectre requise. Plus tard, Paul Dirac a confirmé l'hypothèse d'Einstein dans le cadre de la mécanique quantique, et la confirmation expérimentale de l'existence d'un rayonnement stimulé a été obtenue en 1928.
Cependant, l'apparition des premiers dispositifs capables d'émettre un faisceau dirigé à haute énergie a dû attendre. La priorité dans ce domaine appartient au physicien américain Theodore Maiman. Le 16 mai 1960, il a démontré à ses collègues le travail du premier laser - un générateur quantique optique, qui tire son nom de l'abréviation LASER (Amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement). En tant que milieu actif (c'est-à-dire un objet dans un état excité), Maiman a utilisé un cristal de rubis artificiel, qui a été irradié par une lampe à décharge et a émis un flux lumineux étroitement dirigé. Par la suite, le physicien a fondé sa propre société, Corad Corporation, qui est devenue l'un des principaux développeurs de lasers haute puissance.
L'AVENIR DES LASERS
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Il est difficile d'imaginer le monde moderne sans lasers. Ils sont utilisés presque partout. La capacité des lasers à créer un flux d'énergie à haute puissance leur permet d'être utilisés dans l'industrie: pour la découpe, le soudage, le brasage, le marquage et la gravure. Étant donné que le faisceau peut être focalisé sur un point de l'ordre du micron, il est idéal pour réaliser des cartes de circuits imprimés et des connexions semi-conductrices. La directivité précise du faisceau permet de créer des appareils de lecture et des équipements médicaux. Etc.
Des tentatives ont été faites pour fabriquer des armes à faisceau. Par exemple, les ingénieurs militaires américains ont conçu le système laser SHEL pour être déployé sur un avion spécial Boeing 747 YAL-1. Il a été conçu pour abattre les missiles balistiques ennemis. Plus de 5 milliards de dollars ont été dépensés sur le projet, et lors des tests, qui ont eu lieu en février 2010, le laser a même abattu trois missiles cibles. Cependant, en raison de l'écart entre les caractéristiques réelles et celles déclarées, le projet a été clos.
Cependant, les lasers de combat peuvent être utilisés à des fins pacifiques. Sur la base d'un complexe automobile de lutte contre les missiles, construit à l'époque soviétique, par les efforts de spécialistes de l'Institut Troitsk pour la recherche innovante et fusion, une installation laser au carbone MLTK-50 a été conçue. Il a montré d'excellents résultats pour éteindre un incendie dans un puits de gaz à Karachaevsk, briser une masse rocheuse, décontaminer la surface du béton d'une centrale nucléaire en pelant et brûlant un film d'huile à la surface de la zone d'eau. En outre, sur sa base, il est prévu de créer des lasers pour la restauration des surfaces de frottement de diverses unités industrielles et même pour la destruction d'insectes nuisibles tels que les criquets.
LES BASES DE LA PHOTONIQUE
Il est clair que les technologies laser se développeront davantage. Les domaines les plus prometteurs de leur utilisation sont les écrans holographiques, l'ingénierie de l'énergie thermonucléaire, les systèmes de recherche des véhicules interplanétaires. Mais relativement récemment, une direction est apparue dans la science appliquée qui peut révolutionner toute la base électronique moderne. Nous parlons de la photonique, qui est engagée dans des recherches fondamentales et pratiques dans le domaine de l'utilisation des signaux optiques. En fait, c'est analogue à l'électronique, seuls les photons émis par les lasers sont utilisés à la place des électrons.
Il est intéressant de noter que la photonique est «née» à l'Université d'État de Leningrad: en 1970, un département correspondant y a même été créé, et l'académicien soviétique Alexander Nikolaevich Terenin en est devenu le fondateur. A partir de ce moment, l'école scientifique a commencé à se développer, ce qui a amené notre pays aux leaders de la photonique. Le dispositif le plus connu développé sur ses principes est les câbles à fibre optique, qui ont considérablement augmenté le débit des canaux d'information.
Aujourd'hui, les principaux travaux sur la photonique sont menés dans les universités russes et la Fondation pour la recherche avancée; au total, plus de 850 organisations sont employées. Par exemple, un projet a été lancé pour moderniser les installations radar dont dispose notre armée. Le passage d'une base électronique à une base photonique réduira la taille des stations radar (un bâtiment à plusieurs étages deviendra une petite camionnette) et augmentera leur efficacité (la résolution et la résistance aux interférences électromagnétiques augmenteront). Il est à noter que les développeurs réfléchissent immédiatement à l'application civile de cette technologie: des radars compacts peuvent être utilisés dans les trains à grande vitesse et les voitures pour détecter instantanément les obstacles. De plus, la technologie sera utilisée pour créer une peau d'avion "intelligente", grâce à laquelle l'ensemble du fuselage se transformera en un radar puissant,permettant aux pilotes de voir tout ce qui se passe autour de leur «côté» pendant le vol.
MONDE PHOTON
La photonique se développe dans plusieurs directions. Les plus jeunes d'entre eux sont l'optoinformatique et la radiophotonique. Leur objectif découle du nom: ils sont destinés à remplacer les technologies informatiques et réseau existantes. Pour montrer les avantages de la photonique dans ce domaine, il suffit de mentionner que le commutateur photonique ultrarapide, créé à l'Université d'État de Moscou, permet d'élever la vitesse de transfert d'informations sur câble à fibre optique à des centaines de térabits par seconde (la limite pour les câbles modernes est de cent térabits par seconde). L'émergence des communications photoniques, qui remplaceront les communications classiques, permet également de diviser par deux la consommation d'énergie et, par conséquent, le coût des systèmes de stockage et de stockage des données. Par exemple, aux États-Unis, les centres de données consomment déjà 2% de toute l'énergie produite,et les économies dans la transition vers les photons seront très importantes.
Le défi pour le futur proche est la création d'un ordinateur photonique, dont on pense qu'il surpasse considérablement les performances des systèmes à semi-conducteurs. Sa connexion avec des communications optiques à haut débit et des surfaces sensibles à la lumière ouvre la voie à l'émergence d'appareils intelligents d'un type fondamentalement nouveau - miniatures et mobiles, mais possédant en même temps la capacité de traiter des informations non codées et d'auto-apprentissage. Il est fort probable que c'est de la photonique qu'une intelligence artificielle naîtra un jour.
Dans les romans des écrivains modernes de science-fiction, on peut trouver des super-êtres «tissés» de champs de lumière et de force, puissants et bienveillants. Peut-être que cette image se révélera être une vision prophétique - tout comme les images de «rayons de chaleur» et d '«hyperboloïde» se sont avérées prophétiques.
Anton Pervushin