В основе разработки — керамика из иттрий-алюминиевого граната
23 августа 2026, 01:19Наука и космосDexter0
Ученые из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) впервые разработали рабочие керамические волноводы для лазеров с использованием 3D-печати. В перспективе данная технология может стать основой для компактных лазеров киловаттного класса, которые значительно превосходят традиционные стеклянные волоконные системы по допустимой мощности.
Основой этой разработки является прозрачная керамика, состоящая из иттрий-алюминиевого граната. В отличие от кварцевого стекла, применяемого в большинстве волоконных лазеров, этот материал лучше отводит тепло и гораздо меньше подвержен вынужденному рассеянию Мандельштама — Бриллюэна, что является одним из ключевых физических факторов, ограничивающих увеличение мощности.
Главной задачей стало создание волновода со сложной внутренней структурой, свободного от дефектов на границе между сердцевиной и оболочкой. Команда LLNL справилась с этой проблемой, используя аддитивное производство: обе части были напечатаны фактически в рамках единого технологического процесса.
Для этого исследователи применили метод прямого нанесения чернил. Исходным материалом стала паста с наночастицами, а сердцевину волновода легировали ионами иттербия, что усиливает лазерное излучение. После печати заготовку сушили, спекали и подвергали горячему изостатическому прессованию. В результате изначально непрозрачная деталь превращалась в прозрачную керамическую структуру, которая способна эффективно проводить лазерный свет.
В одном компактном керамическом блоке ученые разместили три независимых волновода. Лучший образец имел эллиптическое сечение 100 × 60 микрометров при длине 1,4 сантиметра.
На данный момент экспериментальные устройства развивают лишь сотни милливатт мощности, поэтому до полноценной промышленной реализации лазеров еще далеко. Однако разработчики уверены, что архитектура на основе кристаллической керамики потенциально сможет увеличить мощность более чем в десять раз по сравнению с решениями на основе стеклянных волокон, не теряя при этом компактности.
Если технологию удастся масштабировать, она найдет применение в промышленных установках для резки и обработки материалов, а также в системах направленной энергии — от комплексов для борьбы с беспилотниками до перспективных средств противоракетной обороны.
На данный момент разработка служит доказательством работоспособности нового метода производства сложных оптических структур. Следующий этап — повышение качества 3D-печати, многократное увеличение выходной мощности и проверка, сможет ли керамика выдержать экстремальные тепловые нагрузки.
Источники:Interesting EngeneeringНаука и космос0Наука10 минут назад
Источник