來自莫斯科物理技術(shù)學(xué)院的科學(xué)家和他們的同事們開發(fā)出了一種新型的緊湊而強(qiáng)大的陶瓷激光——它將被用來作為一種微創(chuàng)的和廉價(jià)的激光手術(shù)刀用在外科手術(shù)上，也可以用在復(fù)合材料的切割和雕刻上。這項(xiàng)研究的成果已發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》上。
今天，激光已經(jīng)被應(yīng)用在方方面面：消費(fèi)電子設(shè)備，醫(yī)學(xué)，冶金，計(jì)量學(xué)，氣象以及許多其他領(lǐng)域。激光束的產(chǎn)生是由于有源介質(zhì)中的受激發(fā)射效應(yīng)，在這里有源介質(zhì)可能是氣體，液體，晶體，或玻璃。激光的波長和能量轉(zhuǎn)換成輻射的效率都取決于有源介質(zhì)的參數(shù)。
莫斯科物理技術(shù)學(xué)院的研究員Ivan Obronov和他來自俄羅斯科學(xué)院應(yīng)用物理研究所以及IRE-Polus公司的同僚一起，使用的是一種從稀土元素化合物得到的陶瓷——摻銩的氧化镥（Tm3+：Lu2O3）。使陶瓷能夠產(chǎn)生激光輻射的是其中的銩離子。
“陶瓷是一種很有前途的激光介質(zhì)類型，因?yàn)樗鼈兪怯蔁Y(jié)粉末來制成一個(gè)多晶物體。他們比單晶更便宜和更容易制造，對于大規(guī)模應(yīng)用來說這非常重要。此外，改變陶瓷的化學(xué)成分很容易，從而改變激光的特性，”Obronov解釋說。
他們開發(fā)的激光器將能量轉(zhuǎn)換成輻射的轉(zhuǎn)換效率超過了50%，而其他類型的固體激光器的平均效率只有約20%，而它產(chǎn)生的紅外輻射的波長約為2微米（1966納米和2064納米）。而這個(gè)波長就是使得這個(gè)激光器對于醫(yī)療用途如此有用的原因。
“大部分常見的紅外激光器發(fā)射的激光，其波長約為1微米，人體對其吸收很小，所以能夠深入到生物組織，從而導(dǎo)致凝血和大面積的“死”組織。外科手術(shù)刀需要在一個(gè)特定的深度進(jìn)行工作，這也是為什么使用2微米激光器的原因，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)損傷底下的組織，”Obronov說。
據(jù)他說，醫(yī)生通常使用2微米的燈泵鈥激光器，但這些設(shè)備都非常昂貴，而且相當(dāng)笨重，可靠性也差。
“陶瓷激光器有著顯著的競爭優(yōu)勢，他們制造起來更便宜，更簡單和更可靠，而且比鈥激光要小約四倍以上。所以它們用在外科手術(shù)上將會(huì)非常理想，”Obronov說。
陶瓷激光器的另一個(gè)潛在應(yīng)用是復(fù)合材料行業(yè)。廣泛使用的1微米激光器擅長切割金屬，但聚合物對于它們來說則幾乎是透明的。另一方面，2微米的陶瓷激光器則可以有效地切割和雕刻塑料，例如復(fù)合材料等。
“復(fù)合材料越來越多地被用于生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備，如飛機(jī)。“俄羅斯的MS-21新飛機(jī)的機(jī)翼幾乎全部采用復(fù)合材料。陶瓷激光器也可以用作生產(chǎn)行業(yè)的一個(gè)有用的工具，”Obronov總結(jié)說。
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