Представьте себе настолько точный инструмент, что он может разрезать металл с точностью скальпеля хирурга. Волоконные лазеры произвели революцию в различных отраслях промышленности, от производства до медицины. Эта статья посвящена механике волоконных лазеров и рассказывает о том, как они используют силу света через оптическое волокно для достижения беспрецедентной точности и эффективности. Читатели узнают о различных областях применения этой технологии, о науке, которая делает ее возможной, и о достижениях, определяющих ее будущее. Присоединяйтесь к нам, ведь мы освещаем передовой мир волоконных лазеров.
Оптическое волокно, также известное как оптоволокно, представляет собой цилиндрический волновод, используемый для передачи света. В нем используется принцип полного внутреннего отражения для удержания световой волны в сердцевине волокна и направления ее вдоль оси волокна.
Замена медных проводов на оптическое волокно изменила мир. Как средство передачи света, оптическое волокно получило широкое распространение после того, как его предложил Гао Кунь в 1966 году, благодаря своим многочисленным преимуществам, таким как высокая пропускная способность, сильная защита от помех, низкие потери при передаче, большое расстояние передачи, отличная безопасность, сильная адаптивность, компактный размер, малый вес и богатые сырьевые ресурсы.
Гао Кунь, широко известный как "отец оптического волокна", был удостоен Нобелевской премии по физике в 2009 году.
Телекоммуникационная отрасль преобразилась благодаря постоянному совершенствованию и практическому применению оптического волокна. Оптическое волокно в значительной степени заменило медные провода и теперь является важнейшей частью современной связи.
Оптоволоконная система связи - это тип системы связи, в которой в качестве носителя информации используется свет, а в качестве волноводной среды - оптическое волокно. При передаче информации электрический сигнал преобразуется в оптический и передается по оптическому волокну.
Будучи новой формой коммуникационных технологий, оптоволоконная связь с самого начала продемонстрировала несравненные преимущества и привлекла к себе всеобщий интерес и внимание.
Широкое использование оптического волокна в связи также подтолкнуло быстрое развитие волоконных усилителей и волоконных лазеров. Помимо сферы связи, оптоволоконные системы также широко используются в медицине, зондировании и других областях.
Активное волокно служит в качестве среды усиления в волоконных лазерах. По своей структуре оно может быть классифицировано на одномодовое волокно, волокно с двойной оболочкой и фотонное кристаллическое волокно.
Одномодовое волокно состоит из сердцевины, оболочки и покрытия. Показатель преломления (N1) материала сердцевины выше, чем у материала оболочки (N2). Когда угол падения падающего света больше критического угла, луч полностью излучается в сердцевине, что позволяет оптическому волокну удерживать луч в сердцевине и передавать его.
Однако внутренняя оболочка одномодового волокна не может удерживать многомодовый свет накачки, а сердцевина имеет низкую числовую апертуру. В результате лазерный выход может быть получен только при подключении одномодового света накачки к сердцевине.
В ранних волоконных лазерах использовалось одномодовое волокно, что приводило к низкой эффективности связи и давало лишь милливатты выходной мощности.
Передача света в оптическом волокне
Стремясь преодолеть ограничения обычного одномодового волокна с одной оболочкой, легированного иттербием (Yb3+), с точки зрения эффективности преобразования и выходной мощности, Р. Маурер впервые предложил концепцию волокна с двойной оболочкой в 1974 году. Однако только после того, как Э. Снитцер и другие предложили технологию накачки через оболочку в 1988 году, технология мощных волоконных лазеров/усилителей на легированном иттербием волокне получила быстрое развитие.
Оптическое волокно с двойной оболочкой - это тип оптического волокна с уникальной структурой. По сравнению с обычным оптическим волокном оно имеет внутреннюю оболочку, состоящую из слоя покрытия, внутреннюю оболочку, внешнюю оболочку и легированную сердцевину.
Технология накачки через оболочку основана на двойном волокне и направлена на передачу многомодового света накачки во внутренней оболочке и лазерного света в сердцевине волокна, что значительно повышает эффективность преобразования накачки и выходную мощность волоконного лазера.
Структура волокна с двойной оболочкой, форма внутренней оболочки и режим связи света накачки имеют решающее значение для этой технологии.
Волокнистая спираль двухоболочечного волокна состоит из диоксида кремния (SiO2), легированного редкоземельными элементами. В волоконных лазерах она служит одновременно лазерной средой и каналом передачи лазерного сигнала.
Чтобы обеспечить возбуждение на выходе фундаментальной поперечной моды, параметр V уменьшается для соответствующей рабочей длины волны путем изменения числовой апертуры и диаметра сердечника.
Поперечный размер внутренней оболочки (в десятки раз превышающий диаметр обычной сердцевины) и числовая апертура значительно больше, чем у сердцевины, а ее коэффициент преломления ниже, чем у сердцевины, что ограничивает полное распространение лазера в сердцевине.
Это создает оптический волновод с большим поперечным сечением и числовой апертурой между сердцевиной и внешней оболочкой, позволяя мощному свету накачки с большой числовой апертурой, поперечным сечением и многомодовостью быть соединенным в оптическом волокне и ограниченным передачей во внутренней оболочке без диффузии. Это помогает поддерживать оптическую накачку с высокой плотностью мощности.
Внешняя оболочка волокна с двойной оболочкой состоит из полимерных материалов с показателем преломления ниже, чем у внутренней оболочки. Внешний слой представляет собой защитный слой из органических материалов.
Площадь связи двухмодового волокна со светом накачки определяется размером внутренней оболочки, в отличие от традиционного одномодового волокна, которая определяется исключительно сердцевиной.
Таким образом, создается двухслойная волноводная структура для волокна с двойной оболочкой.
С одной стороны, это повышает эффективность связи по мощности волоконного лазера, позволяя свету накачки возбуждать легированные ионы и излучать лазерное излучение через сердцевину волокна несколько раз при проведении во внутреннюю оболочку.
С другой стороны, качество выходного луча определяется природой сердцевины волокна, и введение внутренней оболочки не оказывает негативного влияния на качество выходного луча волоконного лазера.
Структурная схема восьмиугольного двойного плакированного волокна
Схематическая диаграмма различных структур внутренней облицовки
Специально разработанная внутренняя оболочка волоконного лазера с двойной оболочкой может значительно повысить эффективность использования света накачки.
Изначально внутренняя структура оболочки двойного волокна была цилиндрически симметричной, что делало процесс ее изготовления относительно простым и удобным для сопряжения с хвостовым волокном лазерного диода накачки (LD).
Однако его идеальная симметрия привела к тому, что в свете накачки во внутренней оболочке образовалось большое количество спиральных лучей, которые никогда не достигали области ядра даже после многократного отражения.
В результате эти лучи не могли быть поглощены сердцевиной волокна, что приводило к утечке света и затрудняло повышение эффективности преобразования, даже при использовании более длинных волокон.
Поэтому цилиндрическая симметрия внутренней структуры оболочки должна быть нарушена.
В обычном волокне с двойной оболочкой выходная мощность лазера определяется размером сердцевины волокна, а числовая апертура - качеством выходного лазерного луча.
Однако ограничения физических механизмов, таких как нелинейные эффекты и оптические повреждения в оптическом волокне, не позволяют удовлетворить потребности в одномодовом режиме работы двухкабельного волокна с большим модовым полем при высокой выходной мощности только за счет увеличения диаметра сердцевины.
Появление специальных оптических волокон, таких как фотонно-кристаллическое волокно (ФКВ), предлагает эффективное решение этой проблемы.
Концепция фотонных кристаллов была впервые предложена Э. Яблоновичем в 1987 году. В ней диэлектрические материалы с изменяющимися диэлектрическими постоянными образуют периодическую структуру с порядком длины волны света в одномерном, двухмерном или трехмерном пространстве. В результате образуются фотонные направляющие полосы, позволяющие распространять свет, и фотонные полосовые щели (ФПЩ), запрещающие распространение света.
Изменяя расположение и период распределения различных носителей, можно добиться многочисленных изменений в свойствах фотонных кристаллов, позволяющих выполнять определенные функции.
Фотонное кристаллическое волокно (ФКВ) - это двумерный фотонный кристалл, также называемый микроструктурным или пористым волокном.
В 1996 году J.C. Knight и другие создали первый PCF, механизм световода которого аналогичен механизму световода полного внутреннего отражения в традиционном оптическом волокне.
Первый ПКФ, основанный на принципе фотонного зазора, был изобретен в 1998 году.
После 2005 года дизайн и методы подготовки ПКФ с большим полем мод стали разнообразными, появились различные формы структур, включая ПКФ с негерметичным каналом, стержневые ПКФ, ПКФ с большим расстоянием между элементами и многоядерные ПКФ.
Площадь модового поля оптических волокон также увеличилась.
Микроструктура различных фотонно-кристаллических волокон
Фотонно-кристаллическое волокно (ФКВ) внешне похоже на традиционное одномодовое волокно, но имеет сложную структуру массива отверстий на уровне микроструктуры.
Эти структурные особенности дают PCF множество уникальных преимуществ, с которыми не могут сравниться традиционные оптические волокна, такие как одномодовая передача без отсечки, большая площадь модового поля, регулируемая дисперсия и низкие предельные потери, что позволяет преодолеть многочисленные проблемы традиционных лазеров.
Например, PCF позволяет достичь одномодового режима работы с большой площадью модового поля, что значительно уменьшает плотность мощности лазера в оптическом волокне, минимизировать нелинейный эффект в оптическом волокне и повысить порог повреждения оптического волокна при сохранении качества луча.
Она также позволяет использовать большую числовую апертуру, что приводит к лучшей связи со светом накачки и более высокой мощности лазерного излучения.
Эти преимущества PCF привели к всплеску исследований во всем мире, сделав его новым направлением исследований в волоконных лазерах и играя все более важную роль в приложениях мощных волоконных лазеров.
Лазер с оптическим волокном в качестве среды усиления называется волоконным лазером.
Как и другие типы лазеров, он состоит из среды усиления, источника накачки и резонатора.
Сайт использование волоконного лазера активное волокно, легированное редкоземельными элементами в сердцевине, в качестве среды усиления.
Обычно в качестве источника накачки используются полупроводниковые лазеры, а резонатор состоит из зеркал, торцов волокон, кольцевых зеркал или волоконных решеток.
По характеристикам во временной области волоконные лазеры можно разделить на непрерывные волоконные лазеры и импульсные волоконные лазеры.
По структуре резонатора их можно разделить на волоконные лазеры с линейным резонатором, волоконные лазеры с распределенной обратной связью и волоконные лазеры с кольцевым резонатором.
На основе различных волокон усиления и режима накачки их можно разделить на волоконные лазеры с одной оболочкой (накачка по сердцевине) и волоконные лазеры с двойной оболочкой (накачка по оболочке).
Принцип структуры всех волокон линейного полости волоконного лазера
В 1961 году Снитцер обнаружил лазерное излучение в волноводах из Nd-допированного стекла.
В 1966 году Гао Кунь тщательно изучил основные причины оптического затухания в оптических волокнах и указал на ключевые технические проблемы, которые необходимо решить для практического применения оптических волокон в связи.
В 1970 году американская компания Corning разработала оптическое волокно с затуханием менее 20 дБ/км, что заложило основу для развития оптической связи и оптоэлектронных технологий.
Этот технологический прорыв также значительно облегчил разработку волоконных лазеров.
В 1970-х и 1980-х годах зрелость и коммерциализация технологии полупроводниковых лазеров обеспечили надежные и разнообразные источники накачки для разработки волоконных лазеров.
В то же время развитие химического осаждения из паровой фазы позволило снизить потери при передаче сигнала по оптическому волокну.
Волоконные лазеры быстро диверсифицировались. Различные редкоземельные элементы, такие как эрбий (Er3+), иттербий (Yb3+), неодим (Nd3+), самарий (Sm3+), тулий (Tm3+), гольмий (Ho3+), празеодим (Pr3+), диспрозий (Dy3+) и висмут (Bi3+), легируются в волокно для получения лазерного излучения с различными длинами волн, чтобы удовлетворить различные требования приложений.
Спектральный диапазон излучения кварцевого волокна, легированного редкоземельными элементами
Преимущества мощного волоконного лазера заключаются в следующем.
Волноводная структура волоконного лазера позволяет легко получать выходную мощность в одной поперечной моде и не подвержена значительному влиянию внешних факторов, что приводит к высокой яркости лазерного излучения.
Волоконные лазеры могут достичь высокой эффективности преобразования оптического излучения в оптическое, если в качестве источника накачки использовать полупроводниковый лазер, длина волны излучения которого соответствует характеристикам поглощения легированных редкоземельных элементов.
Для мощных волоконных лазеров, легированных иттербием, обычно выбирают полупроводниковые лазеры с длиной волны 915 нм или 975 нм.
Простая структура энергетических уровней Yb3+ приводит к таким немногочисленным явлениям, как конверсия, поглощение в возбужденном состоянии и концентрационное тушение, а также к длительному периоду флуоресценции, что делает его эффективным для хранения энергии и достижения высокой мощности.
Общая электрооптическая эффективность коммерческих волоконных лазеров может достигать 25%, что способствует снижению затрат, энергосбережению и защите окружающей среды.
В волоконных лазерах в качестве среды усиления лазера используется тонкое волокно, легированное редкоземельными элементами, которое имеет большое соотношение площади поверхности и объема. Это примерно в 1000 раз больше, чем у твердотельных блочных лазеров, и обеспечивает неотъемлемые преимущества в плане рассеивания тепла.
Для приложений малой и средней мощности специальное охлаждение оптического волокна не требуется. В сценариях высокой мощности водяное охлаждение может эффективно смягчить снижение качества и эффективности луча, вызванное тепловыми эффектами в твердотельных лазерах.
Использование в волоконном лазере небольшого и гибкого волокна в качестве среды усиления лазера делает его идеальным для уменьшения объема и снижения стоимости. Источник накачки, полупроводниковый лазер, также имеет компактные размеры и легко поддается модульной модернизации. Большинство коммерческих продуктов можно выводить с помощью хвостового волокна.
Благодаря использованию волоконно-оптических устройств, таких как волоконные брэгговские решетки, можно создать полностью оптическую волоконную систему, объединив эти устройства. Это обеспечивает высокую устойчивость к внешним воздействиям, высокую стабильность и сокращение времени и затрат на обслуживание.
Мощные волоконные лазеры также имеют непреодолимые недостатки:
Во-первых, он легко ограничивается нелинейными эффектами.
Волноводная структура волоконного лазера обеспечивает ему большую эффективную длину, что приводит к низкому порогу для различных нелинейных эффектов. Однако вредные нелинейные эффекты, такие как стимулированное комбинационное рассеяние (SRS) и самофазовая модуляция (SPM), могут привести к флуктуациям фазы, переносу энергии в спектре и даже к повреждению лазерной системы, что препятствует развитию мощных волоконных лазеров.
Второй - эффект фотонного затемнения.
Высокая концентрация легирующих редкоземельных элементов в волоконных лазерах приводит к постепенному и необратимому снижению эффективности преобразования мощности из-за эффекта фотонного затемнения при длительном времени накачки. Это ограничивает долгосрочную стабильность и срок службы мощных волоконных лазеров, особенно в случае мощных волоконных лазеров, легированных иттербием.
Однако достижения в области высокоярких полупроводниковых лазеров с волоконной связью и технологии двойных волокон позволили значительно улучшить выходную мощность, эффективность оптического преобразования и качество луча мощных волоконных лазеров.
Огромный спрос на мощные волоконные лазеры для промышленной обработки, оружия направленной энергии, дальней телеметрии, лидара и других областей стимулировал исследовательские усилия таких компаний, как IPG Photonics, Nufern, NLight и Trumpf Group, что привело к разработке как непрерывных, так и импульсных мощных волоконных лазеров с разнообразной линейкой продукции.
Такие научные учреждения, как Университет Цинхуа, Университет национальной оборонной науки и техники, Шанхайский институт оптики и точного машиностроения, Китайская академия наук и Четвертый научно-исследовательский институт Китайской группы аэрокосмической науки и промышленности, также сообщили о потрясающих результатах в этой области.
Ограничения, связанные с нелинейными эффектами, тепловыми эффектами и порогами повреждения материала в волоконных лазерах, приводят к ограничению выходной мощности одноканальных волоконных лазеров, при этом качество луча снижается с увеличением мощности.
Чтобы улучшить качество пучка, необходимо внедрить технологию управления режимами и разработать новые волокна со специальной структурой. J.W. Dawson и коллеги провели теоретический анализ предельной выходной мощности одиночного волокна. Расчеты показали, что широкополосный волоконный лазер может достичь предельной мощности вблизи дифракционного предела с максимальной мощностью 36 кВт, в то время как узкополосный волоконный лазер может достичь максимальной мощности 2 кВт.
Для дальнейшего повышения выходной мощности волоконных лазеров и усилителей эффективным методом является синтез мощности многоканальных волоконных лазеров с помощью технологии когерентного синтеза. В последние годы эта тема широко исследуется.
Система когерентного синтеза волоконного лазера
Ограничения, накладываемые нелинейными эффектами, тепловыми эффектами и порогами повреждения материала в волоконных лазерах, ограничивают выходную мощность одноканальных волоконных лазеров и приводят к снижению качества луча с ростом мощности.
Для повышения качества пучка необходимо использовать технологию управления режимами и разработку специальных волоконных структур. Дж. В. Доусон и его коллеги провели теоретический анализ предельной выходной мощности одиночного волокна. Результаты показывают, что широкополосный волоконный лазер может создавать выходную мощность вблизи дифракционного предела с максимальной мощностью 36 кВт, в то время как узкополосный волоконный лазер может достигать максимальной мощности 2 кВт.
Технология когерентного синтеза, предполагающая синтез мощности нескольких волоконных лазеров, является эффективным методом увеличения выходной мощности волоконных лазеров и усилителей. В последние годы этот подход стал предметом значительного исследовательского интереса.
Помимо уникальных преимуществ волоконных лазеров и спроса на 100-киловаттные системы, решающую роль в коммерциализации оптоволоконной связи сыграли различные вспомогательные устройства, такие как конусные соединители с наплавлением, многожильные волокна, фазовые модуляторы с пигтейлами и акустооптические сдвигатели частоты.
Конусный соединитель с наплавленным волокном и многожильные волокна делают пассивное управление фазой за счет связи с инжекцией лазерной энергии и связи с эванесцентными волнами гораздо более управляемым.
Фазовый модулятор с пигтейлами и акустооптическими сдвигателями частоты обеспечивает активное управление фазой с полосой пропускания в мегагерц, что позволяет контролировать фазовые флуктуации в условиях высокой мощности и достигать фазовой синхронизации на выходе.
Исследователи предложили множество различных схем когерентного синтеза, включая технологию спектрального синтеза, технологию некогерентного синтеза, которая использует одну или несколько дифракционных решеток для дифракции нескольких подпучков в одну и ту же апертуру для выхода на одну апертуру и улучшения качества пучка.
Спектральный синтез волоконных лазеров позволяет полностью использовать широкую полосу усиления волоконных лазеров, легированных иттербием, для преодоления ограничений на выходную мощность одиночного волоконного лазера, что приводит к созданию мощных и высоколучевых лазеров. качественный лазер выход. Это одно из важных технических направлений для мощных волоконных лазеров в будущем.
Спектральная система синтетического волоконного лазера
В последние годы Шанхайский институт оптики и механики провел обширные исследования в области мощных волоконных лазеров и спектрального синтеза, совершив значительный прорыв в подготовке устройств, ключевых технологий и систем спектрального синтеза.
Что касается узкополосных и мощных волоконных усилителей, то в 2016 году институт использовал самостоятельно разработанные основные устройства, такие как волоконные брэгговские решетки, мощные волоконные сумматоры и плакирующие оптические фильтры. Это было основано на ключевых технологиях, включая каскадную фильтрацию волоконных решеток Брэгга, управление шириной полосы пропускания, управление параметрами усилительного каскада и управление режимом волокна.
Этот прорыв превзошел предел выходной мощности одномодовых лазеров с шириной линии менее 50 ГГц, о котором сообщала исследовательская группа из Йенского университета в Германии. Институту удалось достичь близкого к дифракционному пределу выхода волоконного лазера с мощностью 2,5 кВт, шириной линии 0,18 нм (50 ГГц) и центральной длиной волны 1064,1 нм.
Лазер имеет компактную и стабильную полностью оптическую волоконную затравку и трехступенчатую структуру усиления, что делает его очень надежным. В основном усилителе используется волокно 20 мкм/400 мкм, поддерживающее неполяризацию, и увеличение доступной мощности накачки может еще больше повысить выходную мощность лазера.
С точки зрения спектрального синтеза, отражательные дифракционные решетки из металлических пленок имеют низкий порог повреждения и не способны выдерживать мощное лазерное облучение, что затрудняет достижение мощного спектрального синтеза. Однако в августе 2016 года Институт реализовал спектральный синтез пучка высокой мощности 11,27 кВт с использованием 7 волоконных лазеров с узкой шириной линии и поляризационно некоррелированных многослойных диэлектрических дифракционных решеток (MLDG) с высоким порогом повреждения, добившись значительного прогресса в спектральном синтезе мощных волоконных лазеров.
Благодаря хорошему качеству луча, высокой электрооптической эффективности, компактной конструкции и надежности волоконные лазеры отлично зарекомендовали себя в различных областях, таких как промышленная обработка, медицина, дистанционное зондирование, безопасность и научные исследования.
В промышленном секторе волоконные лазеры можно разделить на три категории в зависимости от их выходной мощности:
Маломощные волоконные лазеры (< 50 Вт) в основном используются для обработки микроструктур, лазерной маркировки, регулировки сопротивления, точного бурение, гравировка по металлу и т.д.
Волоконные лазеры средней мощности (от 50 до 500 Вт) в основном используются для сверления, сварки, резки и обработка поверхности из тонких металлических пластин.
Мощные волоконные лазеры (> 1000 Вт) в основном используются для резки толстых металлических пластин, нанесения покрытия на поверхность металла, трехмерной обработки специальных пластин и т.д.
Благодаря хорошему качеству луча, высокой электрооптической эффективности, компактному дизайну и надежности волоконные лазеры отлично зарекомендовали себя в различных областях, таких как промышленная обработка, медицинское лечение, дистанционное зондирование, безопасность и научные исследования.
В промышленной области волоконные лазеры можно разделить на три категории в зависимости от их выходной мощности:
Маломощные волоконные лазеры (< 50 Вт) в основном используются для обработки микроструктур, лазерной маркировки, регулировки сопротивления, прецизионного сверления, гравировки металла и т.д.
Волоконные лазеры средней мощности (от 50 до 500 Вт) используются преимущественно для сверления, сварки, резки и обработки поверхности тонких металлических пластин.
Мощные волоконные лазеры (> 1000 Вт) используются в основном для резки толстых металлических пластин, нанесения покрытия на поверхность металла, трехмерной обработки специальных пластин и т.д.
Благодаря хорошему качеству луча, высокой электрооптической эффективности, компактному дизайну и надежности волоконные лазеры имеют исключительные характеристики в различных областях, таких как промышленная обработка, медицинское лечение, дистанционное зондирование, безопасность и научные исследования.
В промышленном секторе волоконные лазеры можно разделить на три категории в зависимости от их выходной мощности:
Маломощные волоконные лазеры (< 50 Вт) в основном используются для обработки микроструктур, лазерной маркировки, регулировки сопротивления, прецизионного сверления, гравировки металла и т.д.
Волоконные лазеры средней мощности (от 50 до 500 Вт) преимущественно используются для сверления, сварки, резки и обработки поверхности тонких металлических пластин.
Мощные волоконные лазеры (> 1000 Вт) используются в основном для резки толстых металлических пластин, нанесения покрытия на поверхность металла, трехмерной обработки специальных пластин и т.д.
По сравнению с другими источниками света, меньший объем волоконных лазеров способствует высокой мобильности пусковых платформ, что повышает адаптивность и выживаемость на поле боя.
В Афганистане для обезвреживания мин использовалась лазерная противоминная система "Зевс" компании Spata.
С 2009 года ВМС США успешно используют волоконно-оптические лазерные системы для уничтожения БПЛА, снарядов и небольших кораблей. В 2014 году эта система была установлена на военных кораблях.
В 2012 году немецкая компания Rheinmetall, занимающаяся продажей оборонного вооружения, запустила двухтрубную лазерную систему мощностью 50 кВт, которая в ходе демонстрационного эксперимента успешно перехватывала и уничтожала беспилотные летательные аппараты, снаряды и другие цели.
Лазерное оружие - это быстро развивающаяся новая концепция оружия.
Он излучает высокоэнергетические лазеры со скоростью света на поверхность цели, нанося повреждения ключевым устройствам, таким как фотоэлектрические системы обнаружения, навигации и наведения, или делает цель "слепой и глухой", или прожигает оболочку движущегося объекта, чтобы сбить его, или детонирует топливо, чтобы взорвать его в воздухе, тем самым выполняя задачу по нанесению ущерба за короткий промежуток времени.
Он обладает такими преимуществами, как концентрация энергии, высокая скорость передачи и повторяемость использования, а также высокая экономичность, быстрая передача огня и устойчивость к электромагнитным помехам.
С момента своего появления разработка лазерного оружия имела свои взлеты и падения. Однако зрелость полупроводниковый лазер Технологии, такие как волоконные лазеры, оживили разработку лазерного оружия и стали предметом исследований крупнейших военных держав.
В настоящее время такие страны, как США, Великобритания, Россия, Германия и Индия, начали разработку лазерного оружия и провели соответствующие испытания.
Появление лазерного оружия на поле боя не за горами.
Стремясь бороться с асимметричными угрозами, такими как БПЛА и стелс-катера, и повысить возможности ближней обороны корабля, ВМС США в 2010 году официально начали разработку "Лазерной системы вооружения" (LAWS). Система была развернута на десантном транспортном корабле-доке "Понсе" в сентябре 2014 года для проведения годичных эксплуатационных испытаний и оценки.
Проект LAWS возглавляет компания Raytheon, в некоторых аспектах работы принимают участие компании Boeing и Lockheed Martin. В системе максимально используются существующие коммерческие технологии и компоненты, что позволяет минимизировать расходы на НИОКР и закупки.
Прототип LAWS состоит из шести промышленных волоконных лазеров, которые при работе объединяют свои лазерные лучи для создания лазерного луча мощностью 30 кВт. Стоимость использования лазерной системы оружия невелика: один выстрел, по оценкам, стоит всего $1, что резко контрастирует с десятками тысяч или сотнями тысяч долларов за ракету.
В 2016 году Военно-морское исследовательское бюро США инициировало разработку новой корабельной высокоэнергетической лазерной системы оружия с выходной мощностью 150 кВт, что в пять раз превышало мощность ранее испытанного прототипа системы. Проект занял 12 месяцев и обошелся в $53 миллиона долларов США. Разработка "демонстрационного прототипа системы лазерного оружия" проходила в три этапа: первый - первоначальное проектирование, второй - наземные испытания, третий - испытания на испытательном корабле самообороны ВМС.
В 2014 году Китайская академия инженерной физики и Шанхайский институт оптики и механики совместно разработали систему "Низковысотная охрана". В ходе демонстрационного и проверочного эксперимента было успешно сбито более 30 малых летательных аппаратов, таких как самолеты, мультироторы и вертолеты, с коэффициентом успешности 100%. Пусковая мощность системы составляет почти 10 000 Вт, а эффективная зона защиты на малых высотах - 12 кв. км. Она могла точно перехватывать различные летательные аппараты, включая самолеты, в радиусе 2 км и в 360-градусном воздушном пространстве в пределах 5 метров. Система была быстрой, точной и не причиняла побочного ущерба.
В 2015 году компания Lockheed Martin использовала лазерное оружие мощностью 30 кВт под названием Athena для уничтожения грузовика с расстояния в милю. В марте 2017 года компания объявила о завершении исследований и разработки лазерной системы оружия мощностью 60 кВт и ее отправке в командный центр армии США на Аляске. Главный технолог компании заявил, что успешные испытания приблизили нас к разработке портативных систем лазерного оружия, которые могут быть размещены на военных самолетах, вертолетах, кораблях и грузовиках. Исследования показали, что высокоэнергетический направленный лазер теперь достаточно компактен, легок и надежен, чтобы использоваться для обороны на наземных, морских и воздушных платформах.
В заключение можно сказать, что развитие лазерных технологий показывает, что технология волоконных лазеров - это будущее направление мощных и высокоярких лазеров. Сочетание технологии волноводного волокна и технологии накачки полупроводникового лазера приводит к созданию мощных волоконных лазеров, которые могут удовлетворить насущный спрос на мощные и высокоэффективные лазеры в передовом лазерном производстве и военной обороне.
Эта технология имеет огромное стратегическое значение как для национальной экономики, так и для безопасности. Кроме того, мощные волоконные лазеры имеют огромный потенциал применения в различных областях, таких как энергетические исследования, крупные научные приборы, космическая наука, экология и многое другое. Они станут для людей мощным инструментом для постижения и формирования мира.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO