XIX век называют веком пара, ХХ век – век электроники, нынешнее столетие – время фотоники. Именно наши ученые создали основу для новой науки: Николай Басов и Александр Прохоров создали первые лазеры и получили Нобелевскую премию, Жорес Алферов изобрел недорогие полупроводниковые светодиоды и тоже стал нобелевским лауреатом.

Их дело продолжает молодежь – студенты и аспиранты Пермского государственного национального исследовательского университета. Конкурс Минобрнауки выиграла молодежная лаборатория интегральной фотоники. По условиям не менее 60% сотрудников должны быть студентами, выпускниками или научными работниками до 35 лет. Именно они занимаются экспериментальными направлениями в фотонике.

Что же такое фотоника? Это новое направление в передаче информации и энергии. Объясняем кратко: весь предыдущий век люди для этого использовали электричество. Все, чем мы пользуемся ежедневно, – это электроприборы. В поисках путей миниатюризации устройств и увеличения скорости передачи данных ученые обратили внимание на свет. Частицы света – фотоны – способны переносить электромагнитное взаимодействие. Они не имеют массы и заряда и двигаются быстрее – со скоростью света. Также они не подвержены воздействию внешних электромагнитных полей. Кроме того, фотоны обладают гораздо большей дальностью передачи и большей шириной полосы пропускания сигнала.

Понятие «фотоника» появилось в 1967 году, его ввел академик Александр Теренин. Он определял ее как науку, изучающую изменение физических и химических свойств вещества под действием света. В мировом масштабе фотонику утвердили в 1980-е годы. Современное понятие фотоники более широкое. Это и раздел физики, который изучает фотоны; и раздел техники, работающий с оптическими сигналами и создающий на их базе разнообразные устройства.

В Перми интегральной фотоникой плотно занимаются последние 20 лет. А началось все с физики кристаллов, с исследований, которые в 1930–1940-е годы прошлого века проводились в Московском институте стали и сплавов, потом появились мазеры и лазеры (различие только в длине волн, мазеры – радиочастоты, лазеры – инфракрасные). В Перми сейчас изучают, как разные материалы себя ведут и каким образом можно создавать из них волноводы, то есть учатся управлять светом, открывать и закрывать световодные каналы.

Все то, чем занимаются в молодежной лаборатории, делается при помощи оптического волокна. Оно передает свет и информацию. По большому счету это стеклянная нить, по которой движется свет. Технология позволяет передавать информацию на гораздо большие расстояния и с большей скоростью, чем электронные средства связи. Поэтому за ней – будущее. В этой прозрачной, чуть толще волоса «нитке» помещается скоростной Интернет с практически мгновенной передачей информации (терабиты в секунду!). И еще важно: благодаря оптико-волоконным кабелям практически невозможно перехватить данные. То есть они защищены! Ежегодно в России прокладывается около 4 млн км оптоволокна. Скоро дойдут и до Арктики!

Интернету в Арктике непросто: он должен быть защищен от температурных колебаний. И от этого его уже застраховали пермяки. В результате эксперимента обнаружили, что при низких температурах устройства для передачи информации могут работать с перебоями. По-видимому, это явление ранее никто не наблюдал, большинство подобных систем испытывается при температурах выше нуля. В этом опыте пермяки были первыми.

Они заметили, что если устройство охладится до минус 50 градусов, а потом будет нагреваться, то пропадает сигнал, причем на большой срок – на час или два. Происходит прекращение каналирования в интегрально-оптической схеме, выключается волновод. А допускать этого никак нельзя, потому что он – часть навигационной системы, например, беспилотника или самолета. То есть они могут остаться без навигации. Открытие лаборатории позволило скорректировать технологию производства этих приборов, чтобы они функционировали в условиях перепада температур.

Конкретная работа в лаборатории напоминает ювелирное мастерство: приходится взаимодействовать с оптоволокном, которое чуть толще волоса. Это, конечно, не наноразмер, но все же уменьшительно-ласкательные суффиксы уместны: делают не линзу, а линзочку, благодаря которой в волноводик поступает излучение. Результатом станет маленький модуль, с помощью которого можно пристыковаться к чипу.

Разумеется, молодому ученому-практику нужны особые качества: руки не должны дрожать, упорство и терпение, конечно, тоже понадобятся. А вот острота зрения не имеет значения – весь контакт происходит через приборы. Еще надо просто любить заниматься техникой и преодолевать ограничения, которые наложены на нас законами природы.

Фотонные устройства уже давно окружают нас: светодиоды или лазерные диоды, легкие, компактные и дешевые устройства. Они выделяют меньше тепла и требуют меньше энергии. Наиболее быстрорастущими секторами применения являются здравоохранение и промышленное производство. Без фотоники невозможна современная армия. Мы находимся в самом начале фотонной революции.

Хочешь стать мировым лидером – работать руками, думать головой, видеть приборами – жми в науку!