Немецкой премии будущего удостоился фемтосекундный лазер

В среду, 4 декабря, в берлинском Экспо-центре состоялась торжественная церемония присуждения Немецкой премии будущего за 2013-й год. По традиции, решение жюри огласил президент Германии Йоахим Гаук (Joachim Gauck).

Лазер лазеру рознь

Немецкой премии будущего за 2013 год удостоился проект под названием "Лазеры сверхкоротких импульсов для массового промышленного производства". Речь тут идет о так называемых фемтосекундных лазерах, имеющих мало общего с обычными лазерами и обладающих целым рядом уникальных свойств.

В том, что лазерным лучом можно кроить, сверлить, плавить и сваривать металлы, стекло и пластмассы, нет ничего нового. Лазерные технологии обработки материалов применяются давно и весьма широко, особенно в машиностроении, поскольку лазер имеет множество преимуществ перед традиционными инструментами: работает бесконтактно, не изнашивается, обеспечивает высокую точность и стабильность заданных параметров, а заготовка при этом почти не деформируется. Например, в кузовных цехах автомобилестроительных фирм для раскройки стального листа толщиной в несколько миллиметров используются лазерные резаки мощностью в десятки киловатт.

Однако для некоторых прецизионных операций такие лазеры не годятся. Скажем, ими практически невозможно сверлить отверстия особо малых диаметров, поскольку материал оплавляется, а поведение расплава плохо поддается контролю. Между тем, потребность в подобных технологических операциях испытывали многие предприятия самых разных отраслей.

Луч света, нарезанный на ломтики

Решить проблему удалось группе специалистов, удостоенных теперь Немецкой премии будущего. "Подлинная инновация нашего проекта состоит в том, что мы создали совершенно новый инструмент, пригодный для производства очень широкого ассортимента изделий", - говорит один из лауреатов - Йенс Кёниг (Jens König), глава отдела лазерной обработки материалов и технологии соединений научно-исследовательского подразделения фирмы Robert Bosch в Швибердингене.

Фемтосекундный лазер мало похож на тот "гиперболоид инженера Гарина", с которым обычно ассоциируется лазер. Прежде всего, это импульсный лазер, но главное его свойство - чрезвычайно короткая продолжительность импульсов, измеряемая пико- или даже фемтосекундами, то есть триллионными или даже квадриллионными долями секунды. Еще один свежеиспеченный лауреат Немецкой премии будущего - Штефан Нольте (Stefan Nolte), профессор Института прикладной физики Йенского университета и научный сотрудник Института прикладной оптики и микромеханики в Йене, - поясняет: "Если я включу фонарик на одну секунду, луч света успеет протянуться от Земли до Луны. А за те несколько пикосекунд, о которых у нас идет речь, свет успеет преодолеть лишь пару миллиметров. То есть наш лазер испускает не сплошной луч, как, скажем, лазерная указка, а луч, нарезанный на очень тонкие ломтики".

От форсунки до стента

Эти импульсы обладают колоссальной мощностью, достигающей сотен мегаватт, но длятся ничтожно короткое время. Именно это и делает такой лазер ценным инструментом: когда импульс попадает на обрабатываемую заготовку, материал не плавится, а мгновенно испаряется. Это позволяет обрабатывать заготовку быстро, экономично, а главное - с недостижимой еще совсем недавно точностью. Например, выполнять отверстия сколь угодно малого диаметра с точностью до микрометра. В частности, фирма Robert Bosch использует такие системы в производстве прецизионных форсунок для систем подачи топлива в автомобильных двигателях. Практически все автомобилестроительные фирмы закупают эти уникальные изделия на фирме Bosch, поскольку они позволяют значительно - почти на 20 процентов - повысить экономичность двигателя.

А ключевую роль в налаживании производства этих лазерных систем сыграл третий лауреат Немецкой премии будущего - Дирк Зуттер (Dirk Sutter), глава отдела лазеров сверхкоротких импульсов фирмы TRUMPF Laser в Шрамберге в Шварцвальде. "Наша инновация успешно шагнула из лаборатории, от идеи, в массовое промышленное производство, - говорит инженер. - На эту технологию только на нашем шварцвальдском заводе завязано около 70 рабочих мест. Мы выпускаем сейчас примерно 200 лазерных систем в год - а спрос на них стремительно растет".

Тем более что сфера применения таких систем отнюдь не ограничивается автомобильной промышленностью: они востребованы также в производстве солнечных батарей, смартфонов, бытовой электронной аппаратуры и даже кардиоимплантатов.

Источник: Русская служба DW