"Алло, на связи Арктика!". В России разрабатывают всепогодные лазеры
28.02.2026 08:00
В России активно ведутся исследования и разработки квантово-каскадных лазеров, которые обещают значительно улучшить качество и надежность связи в самых удалённых и труднодоступных регионах страны. Об этом в День Арктики, который ежегодно отмечается 28 февраля, рассказал корреспонденту РИА Новости главный научный сотрудник Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН, профессор РАН Григорий Соколовский.
Современные средства связи в Арктике ограничиваются преимущественно радиотелефонной и спутниковой связью, что создает значительные препятствия для коммуникации в условиях сурового климата. Низкие температуры, сильные ветра, снежные метели и густой туман существенно осложняют передачу сигналов и снижают надежность связи. В таких условиях квантово-каскадные лазеры могут стать прорывом, обеспечив стабильную и высокоскоростную связь, что особенно важно для спасательных операций, научных экспедиций и повседневной жизни людей в регионе.Квантово-каскадные лазеры работают на основе уникальных квантовых эффектов и способны передавать информацию с минимальными потерями даже в сложных метеоусловиях. Их внедрение позволит не только повысить эффективность коммуникаций, но и расширить возможности мониторинга окружающей среды, что имеет большое значение для экологического контроля и безопасности в Арктике. Таким образом, развитие этих технологий открывает новые перспективы для освоения и защиты северных территорий России, делая жизнь в экстремальных условиях более комфортной и безопасной.В условиях стремительного развития технологий и растущей потребности в надежной связи в отдалённых регионах Арктики возникает серьёзная задача обеспечения стабильного и эффективного коммуникационного канала. Как отмечает ведущий учёный в области телекоммуникаций, прокладка оптического волокна в арктических условиях представляет собой значительные технические и экономические трудности. Это связано с экстремальными климатическими условиями, сложным рельефом и высокой стоимостью строительства и обслуживания инфраструктуры. Оптическое волокно, являющееся основой современной связи, не всегда оказывается оптимальным решением для освоения этих территорий.Профессор Соколовский подчёркивает, что наибольший потенциал для развития связи в Арктике имеют атмосферные оптические линии, которые передают данные по открытому лучу. Такие системы способны обеспечить высокоскоростную передачу информации без необходимости прокладывать физические кабели, что значительно снижает затраты и ускоряет развертывание сети. Однако, несмотря на преимущества, атмосферные линии связи чувствительны к погодным условиям, что требует разработки дополнительных технологий для стабилизации сигнала.«Важно не только наличие технической возможности связи, то есть наличия приёмника и передатчика, но и доступность этой связи для пользователей в любых условиях», — отмечает Соколовский. Он добавляет, что даже при ухудшении погодных условий связь не должна полностью прерываться. Например, в штормовую погоду может снизиться качество передачи видео, но базовые функции, такие как возможность совершить звонок или получить навигационные данные, должны оставаться доступными. Это особенно критично для безопасности и жизнеобеспечения в суровых арктических условиях.Таким образом, развитие атмосферных оптических линий связи открывает новые перспективы для освоения и устойчивого развития арктических регионов. Внедрение таких технологий позволит обеспечить надежную коммуникацию, необходимую для научных исследований, промышленной деятельности и повседневной жизни местного населения. В будущем дальнейшие инновации в области оптической связи и адаптация систем к экстремальным условиям помогут преодолеть существующие ограничения и сделают Арктику более доступной и связанной с остальным миром.Современные технологии передачи данных стремительно развиваются, открывая новые возможности для коммуникаций на больших расстояниях. В настоящее время основой магистральных волоконно-оптических сетей являются лазеры с длиной волны около полутора микрон, которые обеспечивают высокую надежность и стабильность передачи сигнала. По словам экспертов, именно эти лазеры считаются одними из лучших в мире по своим техническим характеристикам и долговечности. Такие лазеры применяются не только в традиционных волоконно-оптических системах, но и в системах связи по открытому лучу, где отсутствует необходимость прокладывать физическое оптическое волокно. В этих системах приемник и передатчик располагаются в прямой видимости друг друга, что позволяет эффективно передавать информацию с крыши на крышу, с одного холма на другой, а также с берега на корабль или между кораблями. Это значительно расширяет возможности коммуникаций в труднодоступных или временных условиях, где прокладка кабелей невозможна или экономически нецелесообразна.Кроме того, использование лазеров с длиной волны около полутора микрон способствует минимизации потерь сигнала и снижению влияния атмосферных помех, что особенно важно для открытых линий связи. В будущем развитие таких технологий позволит создавать еще более быстрые и надежные каналы передачи данных, способные удовлетворить растущие потребности в высокоскоростном интернете и связях между удаленными объектами. Таким образом, современные лазерные технологии играют ключевую роль в обеспечении устойчивой и эффективной коммуникационной инфраструктуры.В современных системах оптической связи качество передачи сигнала во многом зависит от погодных условий. Особенно сильно на связь влияют такие явления, как густой туман или сильная влажность, которые могут значительно ухудшить или полностью прервать передачу данных. В подобных ситуациях традиционные лазерные источники с длиной волны около полутора микрон оказываются недостаточно эффективными. Чтобы обеспечить стабильную и надежную связь даже в неблагоприятных метеоусловиях, необходимо использовать лазеры с более длинной длиной волны — в диапазоне от четырёх-пяти до восьми-двенадцати микрон. Именно такие параметры позволяют лучу лучше проникать сквозь плотные слои тумана и других атмосферных помех.Для достижения этих характеристик применяются квантово-каскадные лазеры — инновационные источники света, принцип работы которых существенно отличается от традиционных диодных лазеров. В обычных полупроводниковых лазерах генерация света происходит за счёт рекомбинации электронов и дырок в p-n переходе, что приводит к излучению фотонов. В квантово-каскадных лазерах, напротив, отсутствуют дырки — здесь участвуют только электроны, которые переходят между энергетическими уровнями в специально сконструированных квантовых ямах. Этот процесс позволяет создавать излучение на гораздо более длинных волнах, что расширяет возможности применения лазеров в сложных условиях.Таким образом, квантово-каскадные лазеры открывают новые горизонты в области оптической связи и сенсорных технологий, обеспечивая высокую эффективность и стабильность работы даже при неблагоприятных атмосферных условиях. Их использование становится особенно актуальным в системах, где важна непрерывность и качество передачи данных, например, в авиации, морской навигации и метеорологических измерениях. В будущем развитие этих технологий позволит ещё более повысить надёжность и скорость оптических коммуникаций, что сыграет ключевую роль в цифровой инфраструктуре.Современные достижения в области микроэлектроники и фотоники открывают новые горизонты для создания высокотехнологичных устройств, способных работать на принципах квантовой механики. Под действием электрического напряжения электроны «прыгают» по квантовым уровням, перемещаясь «по ступенькам» внутри чрезвычайно тонких наноразмерных слоев. Эти слои, толщиной в несколько нанометров, собираются в сложную гетероструктуру, которая, несмотря на кажущуюся толщину в несколько микрон, является настоящим технологическим чудом. Для непосвященного микрон может показаться ничтожным размером, однако в сфере фотоники и микроэлектроники один микрон способен вместить до тысячи таких наноразмерных слоев, что существенно расширяет возможности создания компактных и эффективных устройств.По словам ученого, разработка подобных лазеров представляет собой чрезвычайно сложную задачу, требующую глубоких научных исследований и технологических доработок. Эти лазеры обладают уникальными свойствами, которые делают их перспективными для различных применений, однако для их массового промышленного производства необходимо преодолеть ряд технических препятствий. В настоящее время Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН активно занимается разработкой данной технологии в рамках проекта Российского научного фонда, а также по заказу Научно-исследовательского института "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха. Совместные усилия ученых и инженеров направлены на то, чтобы вывести эти инновационные лазеры на новый уровень и обеспечить их широкое применение в будущем.Таким образом, развитие квантовых лазеров на основе наноразмерных гетероструктур является важным шагом в эволюции фотоники и микроэлектроники. Эти технологии не только расширяют наши знания о взаимодействии света и материи на микроуровне, но и открывают перспективы для создания новых устройств с улучшенными характеристиками и функционалом. В конечном итоге, успешная реализация подобных проектов может привести к значительным прорывам в области оптоэлектроники, связи и вычислительной техники, что окажет существенное влияние на развитие современной науки и промышленности.Современные технологии лазерной спектроскопии открывают новые горизонты в различных областях науки и техники, значительно расширяя возможности анализа и контроля. В частности, разработка одночастотных лазеров представляет собой важный шаг вперёд, позволяющий не просто передавать информацию, а использовать свет для детального распознавания веществ. По словам Соколовского, эти лазеры уже созданы и способны выполнять функцию «нюхать глазами» — то есть различать химический состав материалов с высокой точностью.Такие инновационные лазеры находят широкое применение в самых разных сферах. В сельском хозяйстве они помогают эффективно мониторить состояние полей, выявляя изменения в составе почвы и растений, что способствует оптимизации урожайности и снижению затрат на удобрения. В транспортной отрасли эти устройства используются для контроля качества топлива, что важно для безопасности и экономичности транспортных средств. В медицине лазеры применяются для анализа выдыхаемого воздуха пациентов, что позволяет быстро и безинвазивно обнаруживать инфекции и другие заболевания. Кроме того, в промышленности одночастотные лазеры служат для технологического контроля, выявляя утечки и дефекты на больших производственных площадях с помощью светового анализа.Таким образом, одночастотные лазеры становятся незаменимым инструментом для «просвечивания» и анализа окружающей среды на молекулярном уровне. Их способность выявлять мельчайшие изменения в составе веществ открывает новые возможности для повышения эффективности и безопасности в различных отраслях. В ближайшем будущем можно ожидать дальнейшего совершенствования этих технологий и расширения их применения, что будет способствовать развитию науки и улучшению качества жизни.Разработка метеоустойчивой системы связи представляет собой комплексную задачу, требующую интеграции множества технических компонентов и инновационных решений. Как отметил ученый, для эффективного функционирования такой системы недостаточно иметь лазер с оптимальной длиной волны. Необходимо также обеспечить достаточную мощность излучения и высокую частоту модуляции, что позволит достичь требуемой дальности и скорости передачи данных. Кроме того, важную роль играют высокочувствительные приемники, способные надежно улавливать сигнал в сложных атмосферных условиях, а также системы точного наведения лазерного луча, обеспечивающие стабильность и точность связи.Этот комплексный подход требует значительных научных и инженерных усилий, поэтому к проекту привлекаются ведущие российские исследовательские институты, обладающие необходимыми компетенциями и ресурсами. По словам профессора, данный проект является отдельным, масштабным направлением исследований, в котором задействованы специалисты из различных областей науки и техники, что подчеркивает его междисциплинарный характер и важность для развития отечественных технологий связи.В рамках научной программы Национального Центра Физики и Математики, реализуемой в Институте лазерно-физических исследований РФЯЦ – ВНИИЭФ, ведутся активные работы по созданию таких систем. Эти исследования направлены на преодоление существующих технических барьеров и разработку инновационных решений, способных обеспечить надежную и высокоскоростную связь даже в неблагоприятных метеоусловиях. В перспективе результаты этих разработок могут существенно повысить эффективность коммуникаций в различных сферах, включая оборону, космические технологии и гражданские приложения, что делает проект стратегически важным для страны.Осень 2025 года стала важной вехой в развитии квантовых технологий благодаря значимым экспериментам, проведённым в Сарове под руководством профессора Федора Старикова. В условиях, максимально приближенных к реальным, была успешно продемонстрирована передача и прием информации на скорости 0,1 Гбит/сек. Этот прорыв стал возможен благодаря использованию квантово-каскадного лазера, работающего при комнатной температуре, что значительно облегчает его практическое применение. Длина волны лазера составляла около 8 микрометров, а сам прибор был разработан специалистами Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе — одного из ведущих научных центров в области квантовой оптики и фотоники.Данная технология открывает новые перспективы для высокоскоростной передачи данных в различных областях, включая телекоммуникации, сенсорику и квантовые вычисления. Использование квантово-каскадных лазеров при комнатной температуре устраняет необходимость в сложных системах охлаждения, что делает их более доступными и экономически эффективными для промышленного внедрения. Кроме того, длина волны около 8 мкм позволяет эффективно работать в инфракрасном диапазоне, что расширяет возможности передачи информации через различные среды.Таким образом, эксперимент в Сарове не только подтвердил теоретические предположения, но и продемонстрировал практическую реализацию высокоскоростной квантовой связи. Это важный шаг на пути к созданию новых поколений коммуникационных систем, способных обеспечить надежную и быструю передачу данных в самых разных условиях. В дальнейшем развитие этой технологии может привести к значительным изменениям в области информационных технологий и безопасности передачи данных.Источник и фото - ria.ru
