Лазерный мир

Фотоника давно заняла прочное место в жизни человека. Ученые знают тысячу и один способ укротить непокорные частицы и заставить их работать себе на пользу. Ежедневно мы пользуемся десятками приборов и не задумываемся, насколько большой мощью обладает свет. Ученые из ЛЭТИ создали «АмурГрафен» — лазерное устройство для кипячения воды. Оно обеззараживает ее эффективнее, чем кипячение, но энергии требует меньше: чтобы уничтожить бактерии в тонне воды, ему потребуется всего 100–150 Вт мощности. После лазерной обработки вода становится полностью пригодной для питья и не требует химикатов для дополнительного обеззараживания.

«На сегодняшний день установка носит экспериментальный характер. Чтобы она стала полноценным устройством, необходимы дополнительные испытания, новые конструкторские решения, — рассказал «ДП» сотрудник кафедры фотоники ЛЭТИ Александр Гришканич. — Есть ряд технологических задач: например, нужно определиться с поставщиком графена. Однако несомненное преимущество такого метода обеззараживания воды перед химикатами — биологическая безопасность».

Свет пучком

Если отбросить все громкие клише о прорывных технологиях и науке будущего, то фотоника изучает оптические сигналы, где ее корень — фотон — элементарная и самая многочисленная во Вселенной частица света. Они как универсальные рабочие лошадки, которых можно «запрячь» в любое полезное дело: лечить людей, связывать их через огромные расстояния, освещать ими дорогу поздним вечером и проводить вычисления со скоростью, в сотни миллионов раз превышающей возможности обычных компьютеров. В 2016 году мировой рынок фотоники оценивали более чем в $500 млрд. К концу 2020 года эта сумма, по планам, должна увеличиться в 1,5 раза. Авторы исследования, проведенного Сколковским институтом науки и технологий, отмечают, что информация о рынках фотоники, где присутствует Россия, крайне ограниченная и неполная. «Систематизация количественных данных из разных источников и опрос компаний позволили сделать вывод, что в области фотоники в России работают крупные государственные и частные компании, однако основной спрос на отечественную продукцию формируется в государственном секторе экономики. На большинстве гражданских рынков, открытых для конкуренции, доминируют зарубежные компании», — подчеркивают эксперты. Правительство России 5 лет назад оптимистично планировало вырастить российский рынок фотоники до 50 млрд рублей.

Неспонтанный луч

Собирать и излучать в пространство фотоны в высокой концентрации призваны лазеры. Их применение уже сегодня поистине широко: измерить расстояние до Луны, провести термоядерный синтез, а для металлов лазер — и молот, и наковальня, и суперклей, и художественный инструмент. Лазером даже создают в небе звезды — опорные — чтобы из–за турбулентности атмосферы минимизировать искажения небесных объектов, которые наблюдают ученые. Также лазерным лучом можно охлаждать предметы до сверхнизких температур — это благодаря эффекту Доплера, на который нередко ссылаются разработчики теорий о происхождении Вселенной. А еще световые пучки могут стать пинцетом — для захвата частиц размером 10 нанометров (1 нанометр — одна миллиардная метра. — Ред.).

Сегодня Россия занимает 6–е место в мире по экспорту лазеров. В 2017 году количество поставленных в страну лазерных приборов в денежном исчислении добралось до отметки $311 млн — за десятилетие эта цифра выросла шестикратно. «Есть конкретные успехи в локальных технологиях. Но в 80–х мы были лидерами в Европе и шли за американцами, параллельно с японцами. Сегодня на одного лазерщика в России приходится 10 лазерщиков в Европе и 100 лазерщиков в Китае», — грустно констатирует гендиректор «ЛазерИнформСервис» Александр Игнатов. Наша страна тем не менее участвует в строительстве мощнейшего рентгеновского лазера XFEL — для чего выделит из бюджета более 4 млн евро и займет второе место после Германии, чья денежная доля в проекте более 50%. С его помощью ученые проникнут в структуру молекул и проследят за сверхбыстрыми реакциями.

Светлая печать

Фотоны участвуют и в создании любых предметов по заданному трехмерному образцу — в 3D–печати. Существует несколько методов преобразовать картинку на мониторе компьютера в осязаемую вещь. В основе нескольких из них лежит эффект полимеризации — ультрафиолетовый лазер засвечивает специальную субстанцию и вынуждает ее затвердеть.

Аналитики расходятся в оценках рынка технологий 3D–печати: эксперты Wohlers предсказывают, что к 2020 году эта сфера наполнится $21 млрд, в Context World насчитали $16 млрд, а RNK Invest прогнозируют сумму $41 млрд.

Особые надежды на трехмерную печать возлагают в медицине. Из специальных материалов можно печатать суставы, ткани, органы и их части, создавать конструкции для замещения повреждений.

3D–принтеры давно стали доступны и для обычных людей. Рост продаж устройств в России приближается к общемировому 50%–ному.

Самые дешевые модели из Китая — их можно приобрести менее чем за 15 тыс. рублей. Гораздо дороже обойдутся отечественные и европейские бренды. Цена на устройства колеблется сильно: от 100 тыс. рублей до десятков миллионов — в зависимости от целей.

«3D–принтеры покупают отечественные Самоделкины и Кулибины — сейчас их принято называть мейкерами. Используют в основном как DIY–инструмент и для мелкого ремонта в бытовых условиях, — рассказывает управляющий директор компании Top 3D Shop Василий Киселев. — Покупают студенты, будущая специализация которых связана с цифровым производством, робототехникой. Есть еще категория пользователей, которые интересуются современными технологиями. Цель их покупки — опробовать на себе устройства, которые становятся все более доступными».

Источник: https://www.dp.ru/a/2018/09/10/Vsemogushhaja_chastica