Волоконные лазеры в технологиях машиностроения

Московский государственный технический университет 
имени Н. Э. Баумана 

 
 
 
 
Ю. В. Голубенко, А. В. Богданов, И. В. Куликов  
 
 
 

Волоконные лазеры  
в технологиях машиностроения 

 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

 

УДК 621.375.826 
ББК 32.86-5 
 Г62 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/41/book1001.html 

Факультет «Машиностроительные технологии» 
Кафедра «Лазерные технологии в машиностроении» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н. Э. Баумана в качестве учебного пособия 
 

Рецензенты:  
д-р техн. наук, главный специалист  
филиала ЦЭНКИ «Мотор» Е. Ф. Ищенко;  
канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры  
«Системы автоматического управления»  
МГТУ им. Н. Э. Баумана Д. В. Креопалов 

 
Голубенко, Ю. В. 
Волоконные лазеры в технологиях машиностроения : учебное 
пособие / Ю. В. Голубенко, А. В. Богданов, И. В. Куликов. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 64, [4] с. : 
ил. 

ISBN 978-5-7038-4129-7 

Дано описание основных типов волоконных лазеров, применяемых в 
машиностроительных технологиях, представлены типы фокусирующих головок и рассмотрены некоторые технологии применения излучения волоконных лазеров (резка, сварка, микрообработка). 
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих курсы «Физика 
технологических лазеров», «Фокусирующие системы лазерных технологических установок», «Технология изготовления оптических элементов и узлов лазерных технологических комплексов». 
 
УДК 621.375.826 
ББК 32.86-5 
 
 
 
 
© МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 
© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4129-7  
 
  МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 

Г62 

Предисловие 

Волоконные лазеры — новый тип лазеров, предназначенных 
для объектов техники будущего. Волоконные лазеры являются одним из наиболее ярких достижений современной квантовой электроники. Это направление возникло на стыке лазерной физики и 
волоконной оптики. Преимущества волоконных лазеров по сравнению с традиционными квантовыми излучателями позволяют 
использовать их наравне с обычными лазерами, а в некоторых 
случаях и вместо них.  
В начале развития волоконной оптики ее основной задачей являлось создание волоконных световодов как пассивной среды для 
передачи информации. Однако, как и в любой другой развивающейся области науки, в процессе решения первоначальной задачи 
удалось выявить другие возможности волоконной оптики, которые 
привели к расширению круга изучаемых объектов и явлений, что, 
в свою очередь, позволило расширить область возможных применений волоконных световодов и устройств на их основе. 
Разработка и применение этих перспективных лазеров для 
производства конкурентоспособной продукции отраслями отечественного машиностроения позволит существенно улучшить эксплуатационные характеристики изделий, главным образом лимитирующих общую надежность конечной продукции, и повысить 
промышленные показатели ресурсосбережения.  
Наряду с разработкой и совершенствованием технологии применения требуется дальнейшее формирование общих принципов 
конструирования и накопление опыта эксплуатации. Темпы роста 
применения волоконных лазеров в современной промышленности 
обусловливают потребность в высококвалифицированных специалистах, владеющих знаниями и навыками работы с этими установками и лазерными комплексами.  

Образовательные стандарты третьего поколения предполагают 
переход к компетентностному подходу в реализации образовательных программ высшего образования. При обучении по машиностроительным направлениям на первый план выходит формирование у студентов профессионально значимых компетентностей в 
инновационной и технологической профессиональной деятельности, которая определяется способностью получения технологически новых или улучшенных продуктов (процессов) на основе современных технологий. Использование результатов современных 
научных исследований и рассмотрение передовых инновационных 
технологий на уровне подготовки студента позволят обеспечить 
формирование востребованного условиями современности специалиста. Обоснованность профильной подготовки, направленной на 
приобретение компетенций в области лазерных технологий и лазеростроения, неоспорима. Консолидация научно-практических достижений с внедрением в образовательный процесс в полном объеме может удовлетворить предъявляемые требования к развитию 
инновационно-технологической 
деятельности, 
востребованной 
современностью.  
Учебное пособие содержит значительный объем сконцентрированной информации по применению таких лазеров. В гл. 1 дан обзор продукции ведущих фирм, представленной сегодня на рынке. 
Вопросам функциональности лазерных головок посвящена гл. 2.  
В гл. 3 рассмотрены вопросы применения волоконных лазеров. 
Представлены некоторые параметры процессов лазерной обработки материалов.  
Пособие предназначено для студентов, изучающих курсы «Физика технологических лазеров», «Фокусирующие системы лазерных технологических установок», «Технология изготовления  
оптических элементов и узлов лазерных технологических комплексов» (специальность 1502067065), выполняющих курсовые и 
дипломные проекты и квалификационные работы. Также оно будет полезно научным работникам, преподавателям и инженернотехническим работникам, специализирующимся в области лазерных технологий. 
 
 

Введение 

В наши дни ни одно из стратегически важных технологических 
направлений в мире не обходится без использования лазеров при 
обработке материалов. Лазерные технологии активно применяются в электронном машиностроении, автомобилестроении, атомной, 
космической, авиационной и судостроительной промышленности, 
медицине и практически во всех направлениях оборонного производства. 
Лазерная техника играет центральную роль в происходящих в 
последнее время изменениях технологического уклада, которые 
связаны с резким повышением гибкости и мобильности производства, увеличением энергоэффективности, снижением издержек и 
одновременно выходом на новый уровень качества продукции. 
Лазерные технологии обработки материалов в современном 
производстве закономерно пользуются большим спросом как у 
крупных производителей, так и в малых фирмах. Они обеспечивают ряд преимуществ, непосредственно влияющих на потребительские характеристики продукции: позволяют повысить качество, 
производительность, снизить себестоимость, обеспечить экологическую чистоту производства, а по некоторым направлениям достичь максимальных технических и экономических результатов. 
При этом современные лазерные технологические комплексы 
энергоэффективны и позволяют легко перестраивать технологический процесс, а гибкость и возможность унификации лазерного 
оборудования почти не имеют аналогов.  
Таким образом, сегодня лазерные технологии во многом определяют развитие практически всех отраслей современной промышленности. Поэтому степень развития и темпы развития лазерных технологий в любой стране однозначно ее отражают мощь, 
статус и технологическое положение на мировом рынке [1]. 

1. ВОЛОКОННЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЛАЗЕРЫ 

В настоящее время волоконные лазеры выпускают следующие 
компании: 
1) Videojet, CША (http://www.videojet.com); 
2) Coherent, США (http://www.coherent.com); 
3) Quantel Group, Франция (http://www.quantel-laser.com); 
4) Rofin, США (http://www.rofin.com); 
5) NKT Photonics, Дания (http://www.nktphotonics.com); 
6) Toptica Photonics AG, Германия (http://www.toptica.com); 
7) MPB Communications, Канада (http://www.mpbc.ca); 
8) Fibercore, США (http://www.fibercore.com); 
9) SPI Lasers, Великобритания (http://www.spilasers.com); 
10) Multiwave, Португалия (http://www.multiwavephotonics.com); 
11) Menlo Systems GmbH, Германия (http://www.menlosystems.com); 
12) Leukos, Франция (http://www.leukos-systems.com); 
13) Fianium, Великобритания (http://www.fianium.com); 
14) IPG Photonics, США (http://www.ipgphotonics.com). 
И хотя перечисленные компании имеют различную специализацию, объединяет их наличие в производимых устройствах волоконных лазеров, имеющих различные значения основных характеристик и разное назначение. 
В приведенном выше перечне представлены относительно 
крупные компании и небольшие фирмы, имеющие уникальные 
разработки в области волоконных лазеров и реализующие свою 
продукцию на рынке. 
Продукцию компаний, выпускающих лазеры для промышленного применения, рассмотрим более подробно. Среди продукции 
компаний, не выпускающих мощные промышленные модели, выберем наиболее интересные (или имеющие наименьшее число аналогов). 

1.1. Продукция компании Videojet 

Основная специализация компании в сфере лазерных технологий — производство лазерных установок для маркировки, преимущественно на основе CO2-лазеров. 
Компания Videojet также выпускает мелкосимвольные каплеструйные принтеры, термотрансферные принтеры, аппликаторы и 
принтеры-аппликаторы для этикеток, расходные материалы для 
этих устройств, графические системы. 
В качестве примера производимых компанией волоконных лазеров можно назвать установки для лазерной маркировки моделей 
Videojet 7210&7310. В них применяются волоконные лазеры мощностью 10 Вт (модель 7210) и 20 Вт (модель 7310). 
Отличительные особенности устройств: 
• компактность; 
• отсутствие потребности во внешнем компьютерном управлении (это экономит место на производственной линии и повышает 
надежность работы); 
• потребляемая мощность менее 300 В⋅А. 
Заявленное применение — маркировка сложных поверхностей 
металлических и пластмассовых изделий. 

1.2. Продукция компании Coherent 

Основная специализация компании в сфере лазерных технологий — производство лазерных установок для научного и промышленного применения. В ассортименте имеются CO2-лазеры, эксимерные, волоконные, твердотельные лазеры. 
Компания Coherent также производит измерительное оборудование для определения различных параметров лазерного излучения. 
В качестве примеров производимых компанией волоконных 
лазеров можно назвать лазеры серии Talisker: 
• модель Talisker Ultra 355-4 мощностью 4 Вт, работающая на 
длине волны 355 нм; 
• модель Talisker Ultra 532-8 мощностью 8 Вт, работающая на 
длине волны 532 нм; 
• модель Talisker Ultra 1064-16 мощностью 16 Вт, работающая 
на длине волны 1064 нм.