Student World

Hrubá síla pro vrtání betonu

Kromě precizní práce se vláknové lasery osvědčují i jako hrubá síla. Např. výstup 100W laseru může být soustředěn na průměr až 1 mm při odpovídající měrné zářivosti několika GW/cmčteveční/steradián. Hodí se k řezání a sváření, v průmyslu a také ve stavebnictví. V oblastech ohrožených zemětřesením je aktuální posílit staré betonové konstrukce dalšími železnými pruty. Klasické příklepové vrtačky však celou konstrukci mohou spíše rozrušit, proto je lepší použít laserové vrtání. Vláknový laser také dokáže s chirurgickou přesností vyříznout cestu ve zřícené železobetonové budově zničené zemětřesením. Zavalení lidé tak mohou být osvobozeni s menším nebezpečím, než kdyby se použily buldozery. Zkouší se rovněž využití vláknových laserů pro ekologickou likvidaci vysloužilých jaderných elektráren. Rozřezávaly by se jimi víc než metr silné betonové obálky jaderných reaktorů.

Nástroje pro průmysl i pro kutily
Vláknové lasery je možné použít v řadě dalších aplikací pro zpracování materiálu, jako je dekorativní rytí, značkování a popisování výrobků, děrování, trepanování nebo vrtání a tvarování vstřikovacích trysek pro benzínové a dieselové motory. S jejich pomocí lze vyrobit výrazně účinnější, lehčí a levnější magnety pro elektromotory a také lehčí a menší baterie pro elektromobily. Stávají se nepostradatelnými nástroji pro rapidně rostoucí fotonický průmysl (výroba fotovoltaických panelů a fólií nebo polovodičových zdrojů osvětlení). Významnou oblastí nejrůznějších aplikací na zpracování materiálu je samozřejmě i automobilový průmysl. Zde je výhodou vláknových laserů, oproti jiným typům laserů srovnatelného výkonu, především vysoká kvalita svazku umožňující např. svařování na relativně velké vzdálenosti, až jednotky metrů. Svařování pak může být rychlejší, flexibilnější a nedochází ke znečišťování laserové svařovací hlavy, která je dostatečně daleko od sváru.
Možná si vzpomínáte na laserovou pilku ve známém seriálu Návštěvníci. A na to, jak lehce s ní Vlastimil Brodský podtínal plaňkový plot. Zatím jsou vláknové lasery příliš drahé, ale se svým potenciálem na výrazné snížení ceny a miniaturizaci mohou brzy prorazit i do oblasti hobbymarketů. Překážky se dají očekávat v legislativě. Bez jakési formy „zbrojního pasu“ je asi nebude možné koupit. Taková laserová pilka nebo vrtačka totiž může být i velmi nebezpečná.

Slučování svazků vláknových laserů
Pro většinu průmyslových aplikací je výkon v řádu kW více než dostatečný.
Přesto některé extrémní aplikace vyžadují ještě vyšší výkony. Toho je možné dosáhnout kombinováním výstupů z několika vláknových laserů. Prostorovým složením jednotlivých výstupních svazků do apertury společné výstupní čočky se sice dosáhne vyššího výkonu, ale zvyšuje se rozbíhavost svazku, přicházíme tedy o jeho módovou kvalitu. Firma IPG takto realizovala 100kW kontinuální vláknový laserový systém. Je možné také kombinovat dva svazky s různou polarizací.
Analogicky k systémům vlnového multiplexu využívaným v optických komunikacích lze skládat výstupy laserů generujících na mírně odlišných vlnových délkách. Očekává se tak možnost kontinuálně generovat záření v difrakčně limitovaném svazku s kontinuálním výkonem řádu stovek kW. Nejprogresivnější, ale současně nejnáročnější je koherentní kombinace svazků z mnoha vláknových laserů nebo vláknových zesilovačů. Gérard Mourou, průkopník metody čerpovaného zesilování pulzů (CPA, chirped pulse amplification) a jeden z duchovních otců projektu nejvýkonnějšího laseru na světě ELI (Extreme Light Infrastructure) považuje koherentní kombinaci svazků vláknových zesilovačů za jeden ze dvou nejvýznamnějších směrů výzkumu v oboru laserové fyziky pro příští desetiletí.
Druhou oblastí je pak podle něj zvyšování účinnosti laserů, kde rovněž mohou hrát významnou úlohu vláknové lasery. G. Mourou uvažoval o použití vláknových zesilovačů i pro výkonovou zesilovací část laserového systému ELI, který je právě budován v Dolních Břežanech u Prahy. Pro generaci petawattových pulzů, pro něž je projektován laserový systém ELI, by však bylo potřeba řádově tisíců vláknových zesilovačů pulzů a jejich vzájemná synchronizace bude těžkým výzkumně-technickým oříškem. Schůdnějším řešením zřejmě bude realizace výkonových zesilovačů ELI na bázi tenkých disků.

Mocná zbraň
Vysoký výkon vláknových laserů nezůstal stranou zájmu obranných aktivit. Únor roku 2010 byl mezníkem v oblasti americké strategické obranné iniciativy, lidově nazývané též „star wars“: poprvé se totiž podařilo laserem sestřelit letící balistickou raketu typu SCUD, jejíž výrobu mají autoritativní režimy severní Koreje a Íránu dobře zvládnutu. Byla zneškodněna kyslíkojódovým chemickým laserem neseným na palubě letounu Boeing 747, který po několik sekund soustředil na raketu záření o výkonu v řádu MW. Vláknové lasery sice zatím dokážou generovat jen několik setin výkonu tohoto chemického laseru, ale jejich další vynikající vlastnosti jsou pro řadu vojenských aplikací přitažlivé. Pro víceúčelové kolové vozidlo americké armády, známé Humvee, byl například vyvinut vláknový laser pro účinné zneškodňování min a improvizovaných výbušnin. Americké námořnictvo zase vláknovým laserem úspěšně sestřelilo bezpilotní letoun. Vysoké výkony pro obranné aplikace vyžadují koherentní kombinaci svazků a tato technologie je stále v plenkách.

Tento text je úryvkem z knihy
Pavel Peterka a kol.: Vláknové lasery
Academia, 2014

O knize na stránkách vydavatele

autor