Пространственная структура излучения волноводных и волоконных технологических лазеров

Московский государственный технический университет 
имени Н. Э. Баумана 

 
 
А. Г. Григорьянц, В. В. Васильцов  
 
 
 
Пространственная структура излучения 
волноводных и волоконных 
технологических лазеров 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

 

 
 
Москва  

2014 

УДК 621.375.826(075.8) 
ББК 32.86-5 

Г83 

 

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  

по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/41/book58.html 

 

Факультет «Машиностроительные технологии»  

Кафедра «Лазерные технологии в машиностроении» 

Рекомендовано Научно-методическим советом  

МГТУ им. Н. Э. Баумана в качестве учебного пособия 

Рецензенты: д-р физ.-мат. наук, профессор В. Г. Низьев, 

канд. техн. наук, доцент В. П. Морозов 

 

 
Григорьянц А. Г. 

  
 
Пространственная структура излучения волноводных и воло
конных технологических лазеров : учеб. пособие / А. Г. Гри- 
горьянц, В. В. Васильцов. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. — 37, [3] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-3834-1 

Обсуждаются вопросы применения мощных технологиче
ских лазеров. Приведены теоретические оценки качества излучения и экспериментальные данные о пространственной структуре 
излучения мощных волноводных и волоконных лазеров. Рассмотрены зависимости скорости резания от толщины металла. 

Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих курсы 

по лазерной технике и технологиям. 

 

УДК 621.375.826(075.8) 
ББК 32.86-5 

 
 
 
 
 
 
 
 

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 
© Оформление. Издательство 

ISBN 978-5-7038-3834-1 
 
 
    МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014

Г83 

ВВЕДЕНИЕ 

Продолжающееся развитие лазерных технологий обработки материалов выдвигает повышенные требования к таким параметрам 
источников лазерного излучения, как надежность, качество излучения, эксплутационные расходы, ресурс работы и стоимость. 
Рынок твердотельных и СО2-лазеров растет [1]. Современные 
индустриальные СО2-лазеры имеют энергетический КПД η до 10 %; 
выпускаются модели разной мощности, вплоть до 30 кВт, при средней цене 90 долл. США за 1 Вт и почасовой цене эксплуатации 
4 долл. за 1 Вт. Соответствующие цифры для твердотельных технологических лазеров на Nd:YAG составляют: 3 %, 6 кВт, 145 долл./Вт, 
5 долл./Вт, для волоконных технологических лазеров — 20 %,  
10 кВт, 360 долл./Вт, 1 долл./Вт. 
Наибольший рост рынка продаж ожидается для твердотельных 
лазеров с диодной накачкой (ТТЛДН), включая волоконные, и для 
диодных лазеров прямого действия (ДЛ). 
Весьма перспективны компактные щелевые (слэб-) СО2-лазеры 
с высокочастотной накачкой, продемонстрировавшие недавно высокое качество излучения, близкое к дифракционному пределу, а также 
волноводные СО2-лазеры киловаттного уровня мощности с дифракционным качеством пучка при высокой компактности, экономичности и надежности. 
К волноводным относят газовые, например СО-, СО2-лазеры, 
эксимерные Xe- и KrF-лазеры, в которых распространение лазерного излучения через активную среду происходит в волноводе. 
Сюда следует отнести и волоконные лазеры. 
В отличие от обычных газовых лазеров в волноводных газоразрядных системах имеется полый, например диэлектрический, волновод между зеркалами, который выполняет несколько функций. С 
одной стороны, его внутренняя поверхность ограничивает объем, 
заполненный активной средой, с другой — он служит каналом, по 
которому распространяется лазерное излучение, является составной частью волноводного резонатора и определяет модовый состав 
излучения. Для волноводных СО2-лазеров легко реализуется ос

новное преимущество технической системы — компактность конструктивного исполнения и снижение на этой основе массогабаритных показателей [2]. 
В СО2-лазерах волновод представляет собой, как правило, газоразрядную трубку, имеющую длину значительно больше внутреннего диаметра, который, в свою очередь, может в сотни раз 
превышать длину волны излучения. 
Волоконными называют твердотельные волноводные лазеры 
с накачкой излучением полупроводниковых лазеров. Их создание 
стало возможным на базе многолетнего развития физики активных 
сред твердотельных лазеров, оптических волноводов и технологии 
их изготовления, а также достижений в области полупроводниковых лазеров. Мощность излучения современных волоконных лазеров достигает нескольких десятков киловатт. В диапазоне средней 
мощности до нескольких сотен ватт эти лазеры генерируют одномодовое излучение с предельной дифракционной расходимостью. 
В то же время мощные волоконные лазеры (свыше 1 кВт) не являются одномодовыми и имеют расходимость выходного излучения, 
существенно превышающую дифракционный предел. 
Накопленный зарубежными фирмами опыт использования волоконных лазеров для газолазерного резания показывает, что лазеры 
обладают существенными преимуществами по скорости резания 
металлических листов малой толщины (особенно из цветных металлов). В отношении эффективности волоконных лазеров мощностью несколько киловатт и выше по сравнению с дисковыми 
твердотельными лазерами и СО2-лазерами до сих пор среди специалистов в области лазерных технологий не сложилось единого 
мнения. В то же время волоконные лазеры обладают рядом неоспоримых преимуществ, главное из которых — компактность; 
также эти лазеры отличаются внутренним и стабильным положением элементов резонатора. Актуальной задачей остается определение возможности их применения в лазерных технологических процессах. 
От пространственных характеристик сфокусированного пучка 
технологических лазеров во многом зависит эффективность технологических операций и режимов их реализации, поэтому практически важным представляется детальное изучение пространственных 
характеристик сфокусированного излучения мощных волноводных 
СО2- и волоконных лазеров.