Статья в журнале "Популярная механика" июль 2003 г.

Точечная работа

«ПМ» продолжает отвечать на вопросы читателей. «Как получаются трехмерные картинки внутри стеклянных призм?» – спрашивает нас москвичка Марина Ма.

Кто начал первым изготавливать такие сувениры, сейчас уверенно сказать нельзя. Но можно смело утверждать, что это произошло в отечественной оборонной промышленности. О том, как получают трехмерные изображения в стекле, «Популярной механике» рассказал пионер данной технологии Анатолий Васильев, бывший специалист Красногорского оптико-механического завода, а ныне – директор компании «Технир».

Паразитные явления

Вся история началась лет тридцать назад, одновременно с появлением первых мощных лазеров. Ученые столкнулись с проблемой – как только мощность превышала определенную величину, в оптике лазера появлялись микротрещины. С паразитным явлением боролись, как могли, – в частности, применяли сверхчистое оптическое стекло (при примесях разрушение наступало быстрее). Проще говоря, как сделать точку внутри стекла, знали все лазерщики, но считали, что с этим явлением нужно бороться.

Году в 1975-м кому-то пришло в голову сделать на день рождения одному большому начальнику уникальный сувенир. Умельцы вручную, без всякого компьютера, впервые нарисовали в глыбе стекла микротрещинами незамысловатые цифры 50. Сувенир понравился и стал тиражироваться от юбилея к юбилею на разных предприятиях, но никто не воспринимал кусочки стекла как товар.

В начале 90-х годов на Красногорском оптико-механическом заводе прекратилось финансирование лазерной тематики, которая на 100% была военной. Лихорадочно заработала мысль – как можно использовать лазеры в мирной жизни. Предлагались проекты медицинских, строительных и геодезических лазеров. Од-ной из идей была и такая: почему бы не попытаться продать сувениры, которые до этого делали в частном порядке?

Остановились на изображении русских куполов. Аккуратно в таблицах рассчитали координаты всех точек. Потом, вручную двигая кусок стекла перед лазером, получили довольно примитивное изображение – на это ушло несколько часов ручного труда. На Арбате был найден лоточник, согласившийся выставить экзотический товар, – кусочек стекла ушел мгновенно. За десять американских долларов. Решено было организовывать производство. На дворе стоял 1990 год.

Расстрельная технология

За прошедшие десять лет принципиально технология не изменилась. Для получения изображения чаще всего используются неодимовые лазеры, в которых в качестве рабочего тела применяются кристаллы граната с добавками неодима. Такие лазеры дают излучение с длиной волны в один микрон, невидимый для человеческого глаза.

Лазерный луч специальной системой линз сначала расфокусируют, а потом короткофокусным объективом собирают в одну точку внутри прозрачного материала, в качестве которого обычно выступает стекло. Предварительное расфокусирование необходимо для того, чтобы конечная точка была больше похожа на сферу. Если же пытаться фокусировать первичный луч диаметром всего 5 мм, то конечная точка будет напоминать вытянутый эллипс.

Размер точки можно варьировать, либо изменяя мощность лазера, либо оптику: чем меньше фокус объектива, тем меньше точка. Точка представляет собой ядро диаметром около 0,01 мм, образующееся в результате плазменного микровзрыва, и систему микротрещин, которые расходятся от ядра подобно лучам солнца. Причем расстояние между точками должно быть таким, чтобы трещины-лучи не соприкасались между собой, иначе получается общая трещина. Если, например, внутри стекла провести близко расположенными точками плоскость, то получается аккуратный раскол.

В качестве рабочего материа-ла можно использовать любой прозрачный материал, не поглощающий излучение. Самый распространенный – стекло. Очень хорошие точки получаются в кварце. Анатолий Васильев рассказывал, что получали изображения внутри янтаря и разных полудрагоценных камней. Теоретически возможны рисунки и внутри алмаза, но натурных испытаний пока никто не проводил.

Чьи точки лучше

В первых образцах точки ставились через 1 мм, а сам лазер «стрелял» раз в секунду. Сейчас расстояние уменьшилось до 0,1 мм, а скорострельность достигла 50 выстрелов в минуту – предел для механического перемещения заготовки. Дело в том, что отечественная технология подразумевает неподвижные лазер и оптическую систему и управляемую компьютером перемещаемую платформу с заготовкой.

В середине 90-х подобные установки стали производить и западные (например, немецкие) компании. Они используют более производительную технологию, при которой перемещается сам луч. Это позволяет достичь скорострельности в 300 выстрелов в секунду, но значительно ухудшает качество точки. Российские лазерные микроточки, по мнению Анатолия Васильева, до сих пор лучшие в мире.