Ученые напечатали на 3D-принтере керамический лазер, который нацелен на киловатты мощности
Автор: Марта Баринова Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса впервые изготовили с помощью 3D-печати рабочие керамические волноводы для лазеров. Разработка рассчитана на компактные лазеры киловаттного класса и может превзойти стеклянные волоконные системы по допустимой мощности.
В основе технологии лежит прозрачная керамика на базе иттрий-алюминиевого граната. По словам разработчиков, материал лучше отводит тепло и слабее подвержен вынужденному рассеянию Мандельштама — Бриллюэна, которое ограничивает рост мощности у многих лазерных систем.
Главной сложностью было напечатать волновод со сложной внутренней геометрией и без дефектов на границе между сердцевиной и оболочкой. В LLNL решили задачу через аддитивное производство: обе части создали почти в одном технологическом цикле методом прямого нанесения чернил. В качестве основы использовали пасту с наночастицами, а сердцевину легировали ионами иттербия, которые усиливают лазерное излучение.
После печати заготовку сушили, спекали и подвергали горячему изостатическому прессованию. Непрозрачная деталь превращалась в прозрачную керамическую структуру, способную проводить лазерный свет. В одном компактном блоке исследователи разместили три независимых волновода, а лучший образец получил эллиптическое сечение 100 × 60 микрометров при длине 1,4 сантиметра.
Пока такие устройства выдают только сотни милливатт мощности. Авторы работы считают, что архитектура на основе кристаллической керамики может в будущем поднять этот показатель более чем в десять раз по сравнению со стеклянными волоконными решениями, сохранив компактность конструкции.
Если метод удастся масштабировать, его можно будет применять в промышленных установках для резки и обработки материалов, а также в системах направленной энергии, включая комплексы для борьбы с беспилотниками и перспективные средства противоракетной обороны. Следующий шаг для команды — улучшить качество 3D-печати, поднять выходную мощность и проверить, как керамика выдержит экстремальный нагрев.
