06:50 МСК
Пятница
27 / 01 / 2023
1479

Направленный пучок

Как в регионе развиваются лазерные технологии

Самый первый источник когерентного излучения удалось построить и испытать в СССР и США практически одновременно (1954 г.). Тогда, из-за новизны явления, его называли мазер. Только в конце 80-х годов прошлого века американские и европейские ученые перегнали наших, создав целое семейство разнообразных типов лазеров и способов получения когерентного излучения, но советские инженеры первыми смогли применить лазер на производстве, когда на часовых заводах в 60-е годы первыми лазерами пробивали отверстия в камнях для часовых механизмов. Лазерная сварка быстро нашла применение в нашей атомной промышленности.

Злую шутку с нашим лазером сыграло принципиальное отставание в электронике, которое произошло в в конце прошлого века. Кроме того, был и еще целый ряд факторов организационного порядка, который не позволил идти с западными технологиями «ноздря в ноздрю». И тем не менее отечественная лазерная наука до сих пор сохраняет потенциал и способна на многое. Все зависит от того, насколько она будет востребована – как частными предприятиями, так и государственными.

С поры открытия лазера много фотонов улетело группами, или, как принято говорить по-научному, импульсами. И ситуация в мировой лазерной индустрии складывается хоть и не катастрофично для отечественных технологий, но, увы, пока не в их пользу. Да, по всей стране работают научные центры (Москва, С.- Петербург, Новосибирск, Томск), группы ученых, которые занимаются фундаментальными исследованиями и прикладным конструированием отечественных лазерных установок. Есть и частные фирмы, которые пытаются создать полноценный и конкурентоспособный отечественный лазер с уникальными характеристиками. Наиболее ярким примером такого лазера является волоконный лазер, созданный под руководством В.П. Гапонцева.

Одна из таких прорывных разработок была сделана группой ученых Рязанского радиоуниверситета в лаборатории лазерных технологий Рязанского радио-завода. В состав группы входили опытный специалист, кандидат физико-математических наук Андрей Ястребков и трое молодых ученых-аспирантов. Некоторые из них с тех пор успели защититься. Тогда, несколько лет назад, когда в лаборатории кипела работа на энтузиазме, трудно было сказать, какой будет результат. А в итоге получился неплохой лазер для новых применений. Об особенностях лазерных технологий и о перспективах лазеростроения в стране и в нашем регионе в частности мы говорим с доцентом Рязанского радиоуниверситета Андреем Ястребковым.

Р.В. – Расскажите, на какой стадии сейчас работы и как планируется продвигать их в дальнейшем?

А.Я. – Изначально ставилась задача создания двухлучевого лазера, и она была успешно решена. Дело в том, что в современной технике очень часто требуется тонкая лазерная сварка двух разнородных материалов. Глубина проплавления у каждого материала разная, а потому надо было сделать так, чтобы за один проход лазерного луча материалы равномерно плавились и происходило взаимопроникновение разных металлов в сварочном шве. Это можно было сделать, только «вставив» два лазерных луча с разными параметрами один в другой. Мы создали специальный модуль, разместили в нем два активных элемента, накачка которых происходила независимым образом, и в результате получили два близко расположенных параллельных лазерных луча. Они могли фокусироваться практически в одно «пятно», но обрабатывали разные материалы лучами с разными параметрами, что и давало нужный эффект. Пришлось разработать новую систему «накачки» лазера и специальное программное обеспечение. Сейчас, правда, у зарубежных фирм, в частности у немцев (фирма «Трумпф»), появилась новая, более упрощенная технология создания параллельных двухлучевых лазерных систем. Они используют две мощные лазерные установки, и лучи от них выводят по оптоволоконным световодам, которые могут быть практически изогнуты как угодно. В два оптоволоконных «хвоста» заводят излучение от разных лазеров и затем доводят от каждой установки до общей линзы, и далее лучи объединяются. Это, я считаю, более перспективная, в плане технологичности, установка.

Р.В. – А какова судьба вашей с коллегами разработки?

А.Я. – До сварки мы пока не дошли, поскольку там требуется длинный импульс, а матрица нашего прототипа работает на коротких импульсах. Вся последующая модернизация пока упирается в недостаток финансирования. Хотя идеи есть, и их можно было бы реализовать. У нас в стране действует грантовая система поддержки научных разработок, но получить необходимые средства для работы по этой линии сейчас достаточно сложно. Деньги выделяются представителям солидных научных школ, а периферийные разработчики остаются нередко за бортом. В России существует предприятие, которое производит оптоволоконные лазеры (г. Фрязино), именно там могли бы быть реализованы самые передовые идеи, но перед промышленным внедрением лазерных технологий в производство, естественно, надо провести очень серьезную научно-исследовательскую работу. Кстати, во Владимирской области создан большой лазерный центр на базе волоконных лазеров, который мог бы стать лидером внедрения отечественных лазерных технологий в российскую промышленность.

Р.В. – Есть ли у вас новые идеи для разработки, кроме уже начатых проектов?

А.Я. – Да, такая новая тема существует. Есть возможность создания лазера для резки и заварки герконов. В Рязани на одном из предприятий их производится очень много, но при этом до сих пор на производственных линиях их обрабатывают при помощи металлических резцов, а заварка герконов осуществляется ИК-лампами. Идет много брака. Зарубежные фирмы подобные работы уже выполняют при помощи лазера. Именно на основе новых технологий может появиться возможность создавать миниатюрные герконы, о которых раньше только мечтали. Вообще именно лазерная сварка сейчас очень востребована. Но, к сожалению, у нас на Рязанском радиозаводе лазерного сварщика как такового пока нет. Есть три установки лазерной резки, одна из которых построена на базе уникального дискового лазера фирмы «Трумпф», столько же установок лазерной гравировки, но установка ручной лазерной сварки имеется только в учебном классе, а технологические задачи подобного рода при производстве продукции нашим заводом имеются. Вообще импульсная лазерная сварка – это, наверное, самый сложный из приемов работы с материалами. Там требуется точно следить за характеристиками лазерного импульса в реальном времени, точно знать характеристики свариваемого материала, а операторы таких лазерных установок должны обладать высокой квалификацией. В нашей практике был интересный случай. На одном из рязанских предприятий ставилась задача – сварить бронзовую деталь с титановой, и не в стык, а внахлест. Мы смогли подобрать параметры лазерного излучения для сварки этих материалов при помощи одного простого лазера, предназначенного не для сварки, а для резки.

Р.В. – Как обстоит дело с подготовкой кадров для лазерной индустрии?

А.Я. – В Рязанском радиоуниверситете когда-то было обучение по специальности «физическая электроника», выпускали инженеров-физиков высокой квалификации как для производства, так и для науки. Сейчас эта специальность закрыта. В 2010 году была открыта базовая кафедра лазерных технологий, которой я в свое время заведовал. Пять лет мы обучали студентов работать с разными типами лазеров, но и ее не стало. Формальная причина связана с сокращением ставок, которое вызвано переходом на новые учебные планы (бакалавриат и магистратура). И сработал принцип – сокращать тех, кто недавно был «открыт». В итоге получилась достаточно парадоксальная ситуация, при которой у нас в городе есть предприятие, производящее лазеры (НПО «Плазма»), есть много лазерных установок (их мелкие фирмы ставят даже в гаражах, чтобы резать небольшие партии металлических заготовок). А вот инженерных кадров для работы с лазерами практически никто не готовит. Теоретические курсы пока остались, но лабораторные работы приходится принимать теоретически из-за отсутствия ставок инженеров, без которых, по технике безопасности, нельзя допускать студента к лазерной установке в учебном классе АО «Рязанский радиозавод». А потенциал для развития лазерных технологий в стране вообще-то очень большой. Так, одна отечественная фирма в г.Троицке сейчас производит уникальные пикосекундные лазеры. Они отличаются настолько малой длительностью импульса генерации, что позволяют выйти на новый уровень обработки материалов. Такие лазеры позволяют удалять с поверхности совсем небольшое количество вещества, не затрагивая его структуру. Следующее поколение подобных лазеров – это уже фемтосекундные лазеры, которые могут снимать слой вещества атомарной толщины. И они выходят во всем мире на промышленный уровень. Общее удешевление лазерных технологий и их разнообразие позволяет полностью поменять представление о том, как вообще выглядит любое заводское производство, и это произойдет в самом ближайшем будущем. К этому надо быть готовыми.

Статья опубликована в газете Рязанские ведомости в номере 121 (5162) от 08 июля 2016 года
Подписывайтесь на нашу группу ВКонтакте, чтобы быть в курсе всех важных событий.
Помочь просто
13-летнему мальчику требуются средства на сложное лечение
Надежные крылья
Сасовское летное училище гражданской авиации отправило в полет новое поколение своих «соколов»
Вячеслав Астафьев
Читайте в этом номере: