Евгений Михайлович ДИАНОВ

Фото предоставлено СПбГУ

Да будет световод!

Ежегодные Менделеевские чтения, которые организуют СПбГУ и Всероссийское химическое общество, как нетрудно догадаться – химические. Однако докладчиком на минувшем, 71-м по счету, чтении выступил представитель смежной науки, физик, директор Научного центра волоконной оптики РАН. И рассказывал, соответственно, о новых технологиях и возможностях оптоволоконной связи, а это сейчас касается, пожалуй, всех сфер нашей жизни. Отметим, что наш собеседник в начале 1970-х совместно с академическим Институтом химии разработал первые в СССР волоконные световоды с низкими оптическими потерями.

– Евгений Михайлович, если таким «ликбезом»: оптоволокно, или волоконный световод, – нить из высокопрозрачного материала, в котором цифровая информация передается в виде световых импульсов. Принципиальное значение имеет скорость передачи. Обычная скорость Интернета в квартире – 55 Мегабит в секунду, а сейчас достижима скорость 1 Петабит в секунду. В нем более миллиарда Мегабит в секунду. Ваш доклад как раз и назывался «На пороге Петаэры».

– Мегабиты, Гигабиты, Терабиты, Петабиты, а в будущем Экзабиты – это скорость передачи информации по одному каналу в секунду.

В России, к сожалению, информация передается в основном с помощью радиосвязи. Считается даже, что этого достаточно. Но это совершенное непонимание: радиосвязь, спутниковая связь – это всего лишь десятки Мегабит в секунду: Мега – это 10 в 6-й степени. Чтобы увеличивать скорость, надо переходить от радиосвязи к связи оптической: она дает скорость в Гигабиты в секунду – 10 в 9-й степени, Терабиты в секунду – 10 в 12-й, Петабиты в секунду – 10 в 15-й... В будущем будут Экзабиты в секунду – 10 в 18-й степени.

Сейчас во всем мире, можно сказать, девиз такой: «Световод приходит в каждый дом!». Применение волоконных световодов позволяет быстро передавать огромные потоки информации. А в России Интернет нередко разводится по квартирам с помощью медных проводов. Это дает очень низкую скорость: вот у меня жена включает Интернет – и долго ждет, пока картинка появится.

– Световод дороже проволоки – в этом проблема?

– Дороже, но не намного. И не в этом дело. Затруднение вызывает то, что в России нет промышленного производства телекоммуникационных волоконных световодов и другой элементной базы для оптических систем связи. Например, лазерные диоды (это очень эффективные источники света, компактные) у нас тоже никто не производит.

Некоторые российские фирмы производят для своих целей небольшое количество так называемых специальных волоконных световодов. Но требования к ним существенно ниже, тогда как к параметрам телекоммуникационных волоконных световодов они очень высоки. Особенно к оптическим потерям. Технология таких световодов сложная, но она хорошо отработана в институтах РАН – и все же, повторю, в настоящее время российские телекоммуникационные фирмы привыкли закупать световоды и соответствующую электронику за рубежом.

– Возвращаясь к Петаэре, на пороге которой мы стоим. Преодолев этот порог, мы что-то почувствуем?

– Прежде всего почувствуют экономика, образование, наука, инфраструктура государственного управления. Простые люди тоже почувствуют – по увеличению потока видеоинформации в социальных сетях. Скорость в Петабит в секунду была достигнута пока только в эксперименте в 2012 году. Японцы передали информацию только на 52 км и убедились, что такая скорость достижима.

– В каких областях нужны такие сверхскорости?

– В будущем – практически во всех областях развитого общества. Не мое сравнение: современные оптоволоконные сети – это своеобразная нервная система развитого общества. По аналогии с нервной системой человека она регулирует работу всех государственных органов. В развитых странах принимаемые решения основаны, как правило, на использовании огромного количества информации.

– Что чисто технически мешает достигать «петаскоростей» – не в эксперименте, а в жизни?

– В обычных современных световодах, как только вы подаете большую интенсивность света, начинают проявляться различные эффекты, которые ухудшают качество сигнала. Поэтому передавать информацию можно со скоростью не более чем 100 Терабит в секунду. Сейчас разрабатываются разные подходы, чтобы преодолеть помехи. Я на Менделеевском чтении привел несколько возможностей решения проблемы, над которыми работает мировое научное сообщество.

Например, если в световоде будет не одна сердцевина, а порядка десяти – во столько же раз возрастет скорость передачи информации. Но дело в том, что сердцевины все равно будут расположены близко друг к другу, свет чуть-чуть будет выходить наружу, сердцевины начнут взаимодействовать и возникнут перекрестные помехи. С этим можно бороться, меняя структуру световодов.

Или еще один способ: создание световода с воздушной сердцевиной. Это кажется странным: как передавать информацию через воздух, если атмосфера очень изменчива – меняется влажность, давление, загрязненность. Но если сделать эту атмосферу изолированной от внешнего мира, сделать световод с воздушной сердцевиной – получим идеальную среду с очень низкими потерями.

Однако и тут не все просто. Световод должен распространять свет, а из школьного курса физики мы знаем, что есть такое явление: полное внутреннее отражение на границе двух сред. У сердцевины световода обязательно должен быть больший показатель преломления, чем у оболочки. Но если сердцевина воздушная, то показатель ее преломления, «единица», будет меньше, чем у оболочки, ведь практически во всех материалах показатель преломления больше «единицы». Свет не сможет распространяться. Придумали делать оболочку не сплошную, а в виде фотонного кристалла, которая отражает свет в сердцевину.

Сейчас надо проводить дальнейшие фундаментальные исследования. Мы этим занимаемся. В некоторых разработках мы – мировые лидеры. Кстати, сейчас обдумываем одну идею с петербургским Институтом химии силикатов РАН – как улучшить характеристики волоконных световодов.

– Когда вы сказали «мы – лидеры», то имели в виду Научный центр волоконной оптики?

– Два института. Наш и Институт химии высокочистых веществ. Вся волоконная оптика основана на очень чистых материалах, так что с химиками мы плотно сотрудничаем. Фактически только два института в стране проводят широкие исследования и успешны в этой тематике.

– Не удается убедить «верхи» в том, что это направление нужно развивать?

– Может, их и можно убедить, но не так все просто. В 2000 году глава государства собрал в Сочи академиков по разным специальностям. Хотел послушать, какие направления перспективны. Я рассказал о волоконной оптике, он очень заинтересовался: мы сможем получать огромное количество информации со всей страны, из удаленных регионов! Спросил, во что выльется организация промышленного производства волоконных световодов. Я сказал: «100 миллионов долларов». В общем, тогда страна не смогла себе этого позволить. Не было и конкретных заказчиков на высокоскоростные волоконно-оптические системы связи. Считалось, что все проблемы могут быть решены с помощью радиосвязи.

– Мы до сих пор себе не можем этого позволить?

– Мы пытались организовать производство в Саранске – столице Республики Мордовия. Ее тогда возглавлял Николай Меркушкин, по специальности физик, человек понимающий. Где-то в 2000 году он решил этой проблемой заняться. Нашли деньги, закупили оборудование. Но – не получилось. Потому что не было поддержки на государственном уровне, прежде всего от Министерства связи и массовых коммуникаций России.

Приведу два эпизода, характеризующие отношение руководителей, ответственных за развитие связи в России.

Несколько лет назад мне удалось организовать встречу с руководством Минкомсвязи (тогда министерством руководил И. О. Щеголев) и с представителями научно-исследовательских институтов, операторов связи, телекоммуникационных и кабельных компаний. Я рассказал о нашем желании и попытках организовать в стране промышленное производство волоконных световодов и попросил Минкомсвязи поддержать это важное для страны начинание. Результат обсуждения был для меня удивительным: Минкомсвязи сочло нецелесообразным организацию в России промышленного производства волоконных световодов. Аргументы: волоконные световоды можно покупать и за рубежом по минимальным мировым ценам.

Второй эпизод. Я рассказывал нынешнему министру связи и массовых коммуникаций Николаю Никифорову о наших планах организовать в технопарке в Саранске производство волоконных световодов. Он сказал: «Волоконные световоды – это важная проблема, но вы создайте производство, а мы будем решать, чьи световоды лучше, ваши или зарубежные. Те и купим».

Вот ответ на ваш вопрос.

Но, думаю, сегодня уже появляется понимание того, что мы «должны себе позволить» собственное производство. Особенно сейчас, когда зарубежным фирмам запрещено продавать России современное оборудование и дефицитные материалы.

– Сама эта научная сфера пополняется молодыми кадрами?

– Склонность к науке должна быть в идеале «от природы». Но такое встречается у небольшого числа людей. А наука движется не отдельными индивидуумами, нужны коллективы. Один человек может что-то придумать, но надо эту идею реализовать, создать установку, проводить эксперименты.

С молодежью ситуация сложная. Вот Москва, наш институт, работы на мировом уровне. Аспирантов я набираю из разных городов – потрясающие ребята есть, толковые, вкалывают. Но вот закончили они аспирантуру – нужна квартира. В Москве, да и в Петербурге, купить ее невозможно. Приходится искать пути: жилищные программы, служебные площади. Мне удалось пробить жилье для нескольких человек. Но сейчас в ходе академической реформы пока ясности нет, как решать эту проблему.

И потом, у человека, склонного к науке, всегда есть другой путь: уехать на Запад. Приезжаешь на иностранную конференцию по лазерам, по волоконной связи – столько русскоязычных! И все за границей работают. Многие не столько из-за зарплаты уехали, сколько из-за научных возможностей, оборудования.

– Вы же, говорят, в плане науки – «ленинградских кровей». Работали в конце 1960-х в ленинградской лаборатории у Александра Михайловича Прохорова, который потом стал нобелевским лауреатом.

– Это не совсем так. Александр Михайлович после окончания Ленинградского университета поступил в аспирантуру в ФИАН (Москва) и там остался работать.

Прохоров задал мне такую задачку: появились мощные лазеры, потенциально способные сбивать ракеты; лазер вообще-то дает очень направленное излучение, но при накачке такого лазера его стержень начинает неоднородно нагреваться и образуется т. н. тепловая линза – и излучение начинает расходиться.

Во всем мире искали решение этой проблемы. Прохоров мне говорит: «Ты подумай – нельзя ли подобрать такое стекло, чтобы линза не возникала». Я стал изучать литературу о стеклах и обнаружил: можно создать такое стекло для лазера! Рассказал Прохорову. Он: «Как здорово!». «А что дальше?» – «Как что? Поезжайте на Лыткаринский завод оптического стекла к Бужинскому и начинайте работать!»

На том заводе как раз делали стекла для лазеров. И был там технолог Игорь Михайлович Бужинский, исключительно талантливый человек: без высшего образования, но прекрасно чувствовал технологию стекол.

Мы создали нужное стекло, впервые в мире. Американский ученый Снитцер в докладе на конференции сказал: задачу решали во всем мире, а в советской лаборатории справились раньше всех. Прохоров меня запомнил и потом предложил заниматься волоконной оптикой.

– Евгений Михайлович, у вас в 2000 году была статья «На пороге Тераэры». Сейчас – «На пороге Петаэры». Как все быстро развивается.

– Несмотря на мой неюный возраст, я надеюсь написать статью «На пороге Экзаэры».

Подготовила Анастасия ДОЛГОШЕВА

Эту и другие статьи вы можете обсудить и прокомментировать в нашей группе ВКонтакте

Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 124 (5497) от 10.07.2015.