XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Волоконный лазерный аппарат представляет собой мощный станок для создания одномодового излучения с максимально высокими рабочими и качественными характеристиками. Оптоволоконные устройства для обработки материалов занимают порядка одной четвертой части всего рынка производственного оборудования.[1]

Волоконные лазеры относятся к группе твердотельных лазеров, работают с длиной волны 1,064 мкм и позволяют добиваться на выходе высокой мощности луча.

Типовая схема подобного устройства состоит из трёх основных компонентов:

Модуль накачки. В качестве источника накачки оптических волноводов применяются широкополосные светодиоды или лазерные диоды с одномодовым излучением, обеспечивающие высокую яркость и большой ресурс выработки;

Активная среда. Состоит из активного оптоволокна и волновода накачки. Используются волоконные световоды, легированные добавками редкоземельных элементов или висмута. Плотность легирования определяется длиной изготавливаемого оптоволокна. В качестве основного материала оптоволокна выступает сверхчистый плавленый кварц, обладающий минимальными оптическими потерями. Верхний предел мощности накачки подобного легированного кварца составляет единицы киловатт, который определяется предельной мощностью излучения на единицу площади, при которой материал не разрушается;

Оптический резонатор. Выполняет функции резонансной системы лазера и предназначен для создания положительной обратной оптической связи, за счёт которой лазерный усилитель превращается в лазерный генератор. Он фокусирует излучаемый активным веществом свет в один узкий пучок. Резонатор определяет спектр, поляризацию и направленность генерируемого излучения. Чаще всего в конструкции резонатора используют брэгговские зеркала, кольцевые резонаторы и резонаторы типа Фабри-Перо.[2]

Области применения: микрообработка различных материалов, нанесение графической маркировки, микрофрезеровка, нанесение надписей на приборных панелях, художественное структурирование поверхностей. Шильдики, идентифицирующие штрих-коды, обработка тонких фольгированных материалов. Кроме металлов волоконный станок хорошо зарекомендовал себя в работе с камнем, стеклом и некоторыми видами пластика

Волоконных лазера имеют невысокую стоимость, компактны, просты в эксплуатации, имеют высокую скорость работы и КПД.

Рис.1 – Устройство волоконного лазера[1]

Волоконный принцип преобразования светового излучения в лазерное является одним из самых совершенных. Эффективность процесса получения полезной энергии составляет 80-90%, при этом в ходе генерации лазера практически полностью исключены искажения и потери мощности луча.

Система лазерообразования состоит из двух основных частей: ламп накачки (полупроводниковых диодов) и оптического кабеля. Внутри последнего расположено светопроводящее волокно с сердцевиной из прозрачного кварца, легированного ионами редкоземельных элементов (в большинстве станков, используемых в промышленности, это иттербий). На концах центрального стержня чаще всего делают брэгговскую (дифракционную) решетку, представляющую собой штрихи, нанесенные определенным образом. Участки с насечками имеют измененную отражательную способность и выступают в качестве резонаторов, отражая свет, распространяющийся вдоль волокна, и поддерживая требуемую длину волны. Благодаря им луч сохраняет свою монохромность и прочие качественные характеристики.[1]

Лазеры развиваются и люди находят им применения в других областях, так например самое продвинутое лазерное оружие морфлота США выглядит как дорогой телескоп для новичков. Оно возвышается на шасси десантного транспорта USS Ponce и глядит в небо над Персидским заливом, в то время как его оператор сидит в тёмной комнате где-то на корабле, и держит в руках нечто вроде игрового контроллера. Перед ним на экране видно небольшую лодку, расположенную недалеко от Ponce, везущую некий тёмный объект. Инфракрасный луч, направленный прямо на этот объект, не видно, но одна из точек вдруг становится ярче, а потом объект внезапно взрывается, и металлические осколки разлетаются от него, падая в воду.

Это серьёзная веха на пути к будущему, в котором оружие с направленной энергией будет развёртываться в реальных боевых условиях.

Рис. 2 - Волоконная лазерная пушка[3]

Энергия диодных лазеров накачивается в длинный отрезок особого оптоволокна с добавлением испускающих свет атомов иттербия. Свет лазера проходит по длине волокна, и отражается от зеркал, встроенных в волокно, после чего выходит с одного из концов.

Рис. 3 – Движение луча в оптоволокне

Проще говоря, возможности сбивать ракеты на испытательном полигоне недостаточно, чтобы лазерное оружие заслужило своё место в боевом арсенале. У военных ушло почти 60 лет на то, чтобы довести лазеры до такого состояния, которое бы делало их потенциально полезными для боя. Но в Пентагоне очень многие высшие чины росли на «кинетическом оружии» – пушках и ракетах – и их очень тяжело будет переубедить в наступлении эпохи Бака Роджерса.

Литература

Как устроен волоконный лазер [Электронный реcурc]. – Режим доcтупa: https://infolaser.ru/stati/kak-ustroen-volokonnyj-lazer/– зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 14.01.2019)

Принцип работы оптоволоконного лазера [Электронный реcурc]. – Режим доcтупa: https://dpm-system.ru/informaciya/princip-raboty-optovolokonnogo-lazera/– зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 14.01.2019)

Совершенствование оптоволоконных лазеров - означает скорое появление лучевого оружия [Электронный реcурc]. – Режим доcтупa: https://habr.com/ru/post/371473/ – зaгл. c экрaнa (дaтa обрaщения: 14.01.2019)