Многокиловаттные лазеры превращают научно-фантастические концепции в реальность 

Многокиловаттные лазеры превращают научно-фантастические концепции в реальность

Долгое время средняя мощность лазеров — как сверхкороткоимпульсных, так и непрерывного действия — с трудом преодолевала барьер в один киловатт, что существенно ограничивало их применение в тяжелой промышленности, крупномасштабном производстве и новых перспективных отраслях. Накануне Международного конгресса по лазерным технологиям 2026 года (AKL’26), который пройдет в Ахене (Германия), Институт лазерных технологий имени Фраунгофера (ILT) объявил, что средняя мощность лазеров обоих типов — сверхкороткоимпульсных и непрерывного действия — теперь преодолела многокиловаттный рубеж; при этом лазеры непрерывного действия достигли уровня средней мощности в несколько сотен киловатт. Это означает, что лазерные технологии выходят на совершенно новый уровень: многокиловаттные лазеры не только обещают качественный скачок в эффективности обработки материалов, но и открывают путь к появлению совершенно новых областей применения. С 22 по 24 апреля 2026 года в рамках Международного конгресса по лазерным технологиям (AKL’26) в Ахене (Германия) состоится ряд параллельных сессий, посвященных новейшим достижениям в области многокиловаттных лазерных технологий.

Д-р Йохен Штолленверк, исполняющий обязанности директора Института лазерных технологий имени Фраунгофера (ILT) в Ахене, отметил: «Благодаря выдающимся научно-исследовательским достижениям в рамках инициативы Фраунгофера “Передовые источники фотонов” (CAPS), средняя мощность сверхкороткоимпульсных лазеров в настоящее время приближается к двузначным значениям в киловаттном диапазоне». Для сравнения: мощность лазеров непрерывного действия уже достигла уровня в несколько сотен киловатт. Столь высокие уровни мощности делают лазерные технологии чрезвычайно привлекательными для тех целевых рынков, проникновение на которые ранее было затруднено. В таких областях, как прокладка туннелей, глубокое бурение скважин или горнодобывающая промышленность, мощные лазеры могут использоваться для разрушения горных пород, что позволяет значительно сократить сроки реализации проектов; в то же время в судостроении и машиностроении высокая средняя мощность обеспечивает более эффективное и точное сверление, резку и сварку толстостенных материалов и высокопрочных сталей. Ожидается, что благодаря внедрению производственных процессов с использованием технологий искусственного интеллекта эффективность производства возрастет многократно.

Кроме того, с помощью методов многолучевой параллельной обработки или «оптической штамповки» мощные лазеры могут применяться для обработки и функционализации поверхностей крупногабаритных изделий из металла, стекла и керамики. Штолленверк твердо убежден: «Эти методы спровоцируют колоссальный скачок в эффективности лазерной обработки материалов». В конечном счете лазерные технологии могут найти применение даже в сфере технического обслуживания железнодорожных сетей или трубопроводов. Другой докладчик конференции AKL — д-р Хаген Цимер, генеральный директор подразделения Laser Technology и член правления группы компаний TRUMPF Group, — охарактеризовал текущий этап как «новую эру в развитии лазерных технологий». Он утверждает, что промышленные лазеры мощностью 50 кВт и выше уже стали реальностью, а первые системы, превышающие порог в 100 кВт, находятся в непосредственной доступности. Разрабатываемые для этих целей лазеры сверхвысокой мощности не только позволят значительно ускорить технологические процессы, но и коренным образом изменят подходы к обработке материалов. Эксперты отмечают, что пользователи лазерных технологий стоят на пороге стратегического перелома: неуклонное снижение цен на лазерные системы оптимизирует структуру издержек, в то время как начинает открываться огромный, пока еще неосвоенный рынок фотоники, потенциальный объем которого исчисляется сотнями миллиардов евро. «Многие концепции, которые ранее терпели неудачу, поскольку выходили за пределы возможного, теперь становятся реальностью», — заявил Цимер. Спустя шестьдесят лет после своего появления лазерные технологии переживают сегодня настоящий бум.

На предстоящей конференции AKL’26 Штолленверк и Цимер представят углубленный анализ этой технологической тенденции. В рамках «Сессии имени Герда Херцигера» они также присоединятся к руководителям компаний Coherent, IPG Photonics и Amplitude Laser, чтобы обсудить колоссальный экономический и технологический потенциал мощных лазеров с высокой энергией импульса.

Учитывая широкий спектр применений, открывающихся благодаря использованию мощных лазеров с высокой энергией импульса, профессор Константин Хефнер — член правления Общества Фраунгофера, отвечающий за исследования и трансфер технологий, — отметил: «В сфере фотоники по-прежнему скрыт огромный, неосвоенный рынок». По его прогнозам, долгосрочный потенциал выручки на этом рынке может достичь сотен миллиардов евро.

Как однажды заметил Хефнер: «Исследования в области лазерных технологий далеки от завершения. Напротив: спустя 60 лет после изобретения лазера всё только по-настоящему начинается». Этот признанный эксперт в области лазерного термоядерного синтеза также выступит на конференции AKL’26, чтобы проанализировать последние достижения и дать систематизированный обзор текущего состояния исследований в области термоядерного синтеза, а также связанных с ними процессов развития в промышленных цепочках поставок и технологических циклах. Многолучевая обработка и «оптическое штампование»: удвоение эффективности высокомощной лазерной обработки

В передовых областях — таких как термоядерная энергетика и создание вторичных источников света — требуются лазерные системы, которые одновременно обладают высокой энергией импульса, высокой средней мощностью, высокой эффективностью и высоким контрастом импульса. Напротив, промышленные производственные процессы в большей степени опираются на надежную работу при высокой средней мощности, превосходное качество пучка и умеренную энергию импульса, используя при этом либо импульсные лазеры, либо лазеры непрерывного действия.

В анонсе к предстоящей конференции институт ILT отметил: «Когда эти лазерные технологии сочетаются с инновационными стратегиями обработки (некоторые из которых поддерживаются искусственным интеллектом), а также с надежными волокнами, оптическими компонентами и покрытиями, они открывают путь к более эффективной лазерной обработке. Особого внимания заслуживает потенциал параллельной обработки, позволяющий существенно повысить эффективность производства. В частности, пучок от высокомощного источника может быть разделен на десятки независимо управляемых субпучков».

Внедрение подобных многолучевых решений требует наличия быстрых и высокоточных систем отклонения лазерного пучка. Новый планарный гальванометрический сканер, разработанный институтом ILT, был создан специально для этой цели. Эта миниатюрная система допускает интеграцию нескольких сканеров, обеспечивая скорость работы и точность, которые значительно превосходят показатели существующих на сегодняшний день решений.

Кроме того, ILT продолжает развивать новые методы формирования лазерного пучка, позволяющие с высокой точностью адаптировать профиль пучка к геометрическим особенностям обрабатываемых деталей и конкретным требованиям технологического процесса. Используя такие технологии, как оптические нейронные сети, исследователи из Ахена могут создавать практически любое трехмерное распределение энергии в пучке — метод, получивший название «оптическое штампование». В рамках этого процесса лазер больше не сканирует заготовку построчно в виде тонкой линии; вместо этого он обрабатывает сразу целую область, действуя структурированным образом, что в некоторых случаях позволяет увеличить скорость обработки до пяти раз. Зёнке Фогель, руководитель группы по абляции 3D-структур в институте Fraunhofer ILT, заявляет: «Уникальная привлекательность “оптического штампования” заключается в сочетании скорости, точности и гибкости».

В принципе, этот процесс, основанный на использовании сверхкоротких импульсов (USP) — в ходе которого лазерный пучок формируется в виде «оптического штампа» с помощью пространственного модулятора света (SLM) — применим в любой области, требующей создания периодических микроструктур, независимо от того, из какого материала изготовлена ​​подложка: металла, твердой керамики или стекла. Помимо многопучковых методов и оптического штампования, институт исследует иные технологические направления, призванные обеспечить преобразование потенциала лазеров высокой средней мощности в ощутимый рост производительности при обработке материалов.