Знание-сила, 2001 № 02

Первое применение фотонного кристалла – создание световсдуших каналов. Современные свстовсдущис каналы на основе оптического волокна не могут иметь крутых изгибов из-за недопустимого увеличения потерь, вызванного нарушением полного внутреннего отражения в них. Световедущие каналы в фотонном кристалле основаны на другом принципе: практически идеальное отражение света под любым углом от стенок световедущего канала обеспечивается наличием «запрещенной зоны» для световой волны передаваемой частоты, препятствующей проникновению света в глубь фотонного кристалла.

Второе применение – это спектральное разделение каналов. Во многих случаях по оптическому волокну идет не один, а несколько световых сигналов. Их бывает нужно рассортировать – направить каждый по отдельному пути. Например – оптический телефонный кабель, по которому идет одновременно несколько разговоров на разных длинах волн. Фотонный кристалл – идеальное средство для «высечений» из потока нужной длины волны и направления ее туда, куда требуется.

Третье – кросс для световых потоков. Такое устройство, предохраняющее от взаимного воздействия световых каналов при их физическом пересечении, совершенно необходимо при создании светового компьютера и световых компьютерных чипов.

Специалисты по волоконной оптике сразу заинтересовались фотонными кристаллами, разглядев самые разные перспективы их использования для увеличения пропускной способности сетей. Чтобы увеличить объем передаваемых по волоконным световодам данных, надо создавать как можно более короткие оптические импульсы. Это определяется временем срабатывания эмиссионых диодов. Вторая проблема – волоконные световоды прозрачны в малом диапазоне длин волн. Третья проблема – на выходе информационных каналов требуются узкочастотные оптические фильтры и высокоскоростные оптические переключатели – своеобразные интегральные оптические схемы. Для них нужно создавать миниатюрные плоскостные волноводы.

Фотонные кристаллы могут помочь решить все эти проблемы. С их помощью можно сузить диапазон длин волн излучения в полупроводниковых лазерах и эмиссионных диодах или создать оптические фильтры с высокой селективностью. Главный недостаток существующих эмиссионных диодов и полупроводниковых лазеров в том, что они испускают фотоны в большой телесный угол и в широком частотном диапазоне. На основе фотонных кристаллов можно создать зеркало, которое будет отражать определенную волну света для любого выбранного угла и направления.

Такие трехмерные зеркала были созданы в 1994 году в лаборатории Эймса (США) для СВЧ-волн. Для более коротких длин волн их разработали специалисты из Голландии и США. Эти структуры представляют собой специально уложенные кремниевые полоски – для СВЧ-волн – или специальным образом ориентированные крошечные (меньше микрона) кварцевые сферы в некотором коллоидном веществе.

Еще одна перспективная технология в волоконной оптике – скоростные солитонныс линии связи, которые отличаются от обычных высокой помехоустойчивостью и низким уровнем шумов. Солитоны – это устойчивые уединенные гребни волн, которые распространяются в среде как частицы. При взаимодействии друг с другом или с другими возмущениями они не разрушаются, а расходятся, сохраняя свою структуру неизменной. Разработка таких терабитных линий связи финансируется министерством телекоммуникаций Японии в размере около 4 млрд долларов в год. Программа была начата в 1996 году и рассчитана на десять лет. В ней принимают участие все крупнейшие японские высокотехнологичные компании. К 2006 году планируется получить готовые к эксплуатации солитонные линии протяженностью до 10 тыс. км. К сожалению, о российских разработках в этой области нам ничего неизвестно.

По материалам зарубежной печати подготовил Александр Ломоносовский.

НОВОЕ О СТАРОМ

Рафаил Нудельман

Реабилитация Ламарка?

Эксперименты, о которых рассказывается в статье, дают возможность предположить, что эволюция – ради каких-то еще непонятных целей – позаботилась о дополнительных, кроме генетического, путях наследования.

Так что. возможно. Ламарк был хоть отчасти прав?

Мыши в клетке выглядели очень странно. Их окраска варьировала от ярко- желтой до пятнистой. Между тем все они принадлежали к одной генетической линии, а значит, должны были, казалось, выглядеть совершенно одинаково. Их потомство тоже вело себя странным образом. Окраска новорожденных мышат почему-то куда больше зависела от окраски матери, чем отца: у пары «желтая мать – пятнистый отец» рождалось больше желтых детей, а у пары «пятнистая мать – желтый отец» – больше пятнистых. А ведь, по генетическим законам Менделя, окраска детей в каждой такой паре должна была распределяться по законам случая, то есть желтых и пятнистых мышат должно было быть поровну. Короче, мыши Эммы Уайтлоу, биохимика из Австралийского университета в Сиднее, явно вели себя «не по правилам». Что это означало? Крах всех представлений молекулярной генетики?