Исполняется 50 лет со дня появления первых лазеров, открывших начало новой лазерной эры в истории развития науки и техники. Этот период действительно можно назвать новой эрой, т. к. динамика развития, глобальность использования в различных областях человеческой деятельности, масштаб влияния на качество жизни и еще не осознанные до конца дальнейшие перспективы расширения сфер воздействия этого достижения позволяют рассматривать лазерную технологию как одно из самых замечательных открытий ХХ века.
Созданию лазеров человечество, прежде всего, обязано глубоким теоретическим разработкам в области квантовой физики, электроники, оптики ряда величайших ученых прошлого столетия: А. Эйнштейна, А. Прохорова, Н. Басова, Ч. Таунса, А. Меймана, Дж. Гоулда и многих других. Первоначально лазерное излучение с его уникальными свойствами рассматривалось прежде всего как возможное новое мощное оружие для поражения живой силы и техники. Поэтому наиболее индустриально развитые страны направили на развитие новой отрасли огромные ресурсы, что позволило обнаружить и другие перспективные области использование лазерной техники и технологии. В Украине первые исследования по созданию лазеров были инициированы в Институте физики, Институте физики полупроводников и других организациях АНУ. Первые исследования в области использования лазерного излучения для обработки материалов были начаты в Киевском политехническом институте (КПИ) в 1964 г., а в 1967 г. в издательстве «Техника» (Киев) была опубликована первая в мире монография в этой области: Картавов С.А., Коваленко В.С. «Применение оптических квантовых генераторов (ОКГ) для технологических целей».
В небольшой заметке, напоминающей общественности об этой юбилейной дате, невозможно подробно рассказать обо всем, что было сделано за 50 лет в лазерной технологии. Этому будет посвящена серия отдельных специальных статей. Сейчас же остановимся тезисно на главных моментах.
Лазерное оборудование
Первые лазеры на твердом теле — рубине — генерировали излучение в импульсном режиме с очень малой частотой и энергией в импульсе. Их к.п.д. также был очень мал (десятые доли процента). Поэтому их использовали в основном для прошивки прецизионных отверстий малых диаметром в труднообрабатываемых материалах. Позже появились более эффективные лазеры на неодимовом стекле, а также газовые лазеры на СО2. Газовые лазеры генерируют как импульсное излучение с высокой частотой, так и непрерывное излучение. Мощность излучения уже измеряется сотнями ватт и десятками киловатт. К.п.д. таких лазеров не превышает 10%, поэтому оборудование довольно громоздко из-за габаритных и мощных систем охлаждения. Разработаны вполне надежные эксимерные лазеры, генерирующие излучения в ультрафиолетовой области электромагнитного спектра. В последние годы нашли широкое распространение новые разработки диодных лазеров, обладающие высоким к.п.д. Их также используют для накачки твердотельных лазеров вместо менее эффективных газоразрядных ламп накачки. В технологии уже нашли широкое применение мощные (до нескольких кВт) диодные лазеры, позволяющие создать компактное оборудование для промышленных целей. Самой значительной разработкой последнего времени можно считать создание широкой гаммы оптоволоконных лазеров мощностью до нескольких кВт с к.п.д. до 60% и выше. Такие современные лазерные системы встраиваются в роботизированные технологические комплексы и находят широкое применение в различных отраслях промышленности — электронной, автомобильной, аэрокосмической и др.
Промышленность стала выпускать универсальное и специализированное оборудование. Наиболее известные производители в Украине — НПО «Ротор», в России — НИИ «Полюс», в США — Coherent Radiation, AVCO Everett, IPJ Technology, в Германии — Rofin Sinar, Trumph и др.
Применение
К настоящему времени насчитывается более 360 различных применений лазерного излучения — прошивка прецизионных микроотверстий; получение микрощелей, пазов, разделение хрупких материалов (скрайбирование); программный раскрой листовых металлических и неметаллических материалов; упрочнение, локальное легирование, наплавка; сварка; высококачественное полирование поверхности изделий; маркировка и гравирование изделий; послойное выращивание 3-мерных изделий из порошковых материалов или из фотореактивной жидкой среды (Rapid Prototyping) и др. Хорошо зарекомендовала себя лазерная технология в медицине и изготовлении уникального медицинского инструментария.
Среди наиболее эффективных использований лазерной технологии следует назвать применение лазеров для изготовления новых поколений компактных микропроцессоров, что позволило за счет значительного уменьшения размеров структурных элементов в последние годы на три порядка увеличить объем их памяти. Это в свою очередь позволило создать новые поколения различной многофункциональной техники с использованием таких микропроцессоров — ноутбуков, фото- и видеокамер, мобильных телефонов и т. п. Можно утверждать, что именно благодаря такому революционному развитию микропроцессорной техники, стимулированному успехами лазерной технологии, информационные технологии так быстро вошли в жизнь современного общества. Особая роль отводится лазерной технике и технологии в создании и развитии нового научно-технического направления — наноматериаловедения и нанотехнологии.
Образовательные программы
Совершенно очевидно, что без появления профессиональных кадров быстрое развитие лазерной технологии было бы невозможно. Инициатором в этой деятельности в бывшем СССР были Московское высшее техническое училище им. Баумана (МВТУ) и Киевский политехнический институт (КПИ), которые впервые в мире ввели подготовку инженерных кадров по специальности «Оборудование и технология лазерной обработки». Одновременно в этих вузах были созданы и одноименные кафедры. Только в КПИ за эти годы было подготовлено свыше 1000 инженеров, 25 кандидатов наук, 7 докторов наук.
В западных странах официальная подготовка кадров началась несколько позднее, но уже в 90-е годы только в Германии в 60 университетах были введены специализированные курсы и развернута подготовка специалистов в области лазеров и лазерной технологии. Практически во всех промышленно развитых странах этой деятельности отводится приоритетная роль.
В 2003 г. в столице США Вашингтоне проходил Международный семинар по созданию глобальной системы подготовки профессиональных кадров в области лазерной техники и технологии (GARELAM) при участии представителя Украины. В Европе с инициативой создания европейской системы дистанционного образования в области лазерной технологии (MALAX — Manufacturing with Lasers: A Flexible European Curriculum) выступили специалисты Швеции, Франции, Украины, России, Польши и других стран. Они подготовили соответствующий проект для Евросоюза.
Организационная деятельность
В 80-е годы лидирующую роль в этой деятельности играли СССР и США. Сейчас значительно активизировались Евросоюз, Япония и КНР. В СССР при поддержке правительства была создана Лазерная ассоциация (ЛАС), которая и сейчас проводит довольно активную работу в постсоветских странах по координации и популяризации новой технологии. Лидирующие позиции в мире занимает Лазерный институт америки (LIA), который ежегодно проводит международный конгресс (ICALEO), а также ряд специализированных конференций. Им издается профессиональный журнал Journal of laser applications. В Европе также создан аналогичный институт, издается журнал Photonics, организуются конгрессы и конференции. В Украине на протяжении ряда лет ИЭС НАНУ и НИИ ЛТ и Т НТУУ «КПИ» под председательством проф. Б. Патона и проф. В. Коваленко проводятся международные конференции «Лазерные технологии в сварке и обработке материалов» (LTWMP) в г. Кацивели, Крым. В мае 2011 г. запланировано проведение юбилейной пятой конференции.
Даже этот небольшой перечень достижений за прошедший период свидетельствует о том, что лазерной технологии еще далеко до насыщения, интенсивное развитие успешно продолжается и ожидается дальнейшее широкое ее распространение во всех областях деятельности человека.
