莫斯科物理技术研究所（MIPT）的科学家们已开发出一种新型结构紧凑、功能强大的陶瓷激光设备，它将被用作一种微创且价格低廉的外科激光手术刀，而且也可用于切割和雕刻合成材料。该研究结果已发表于美国《光学快报》。


现今，激光器的使用无处不在，日用电子设备、医药、冶金、计量学、气象学等诸多领域都有使用。激光束的产生是由于活性介质（可能是气体、液体、晶体或玻璃）受激发射的效果。激光的波长和能量转换成射线的效率都依赖于活性介质的参数。


莫斯科物理技术研究所研究员伊凡·奥布雷诺夫，和来自RAS应用物理研究机构以及IRE-Polus公司的同事们，使用从稀土元素化合物中得到的陶瓷——添加了铥离子的氧化镥（TM3+：Lu2O3）。这就是使陶瓷产生激光射线的铥离子。


奥布雷诺夫解释道：“陶瓷是一种很有前途的新型激光介质，因为它们是烧结粉末制成的多晶物体，比单晶体更容易制造，也更便宜，对大规模采用极为重要。此外，陶瓷的化学成分很容易改变，从而改变激光器的性能。”


该激光器已经能以超过50%的效率把能量转换成射线，而其他类型的固体激光器平均效率仅约为20%，并且它产生的红外辐射波长约为2微米（1966和2064纳米）。这个波长使该激光器的医疗用途非常有效。


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奥布雷诺夫说：“最常见的红外激光射线，波长约1微米，只有非常少的吸收，会深深地穿透生物组织，导致凝血和大面积的‘坏死’组织。外科手术需要在一个特定的深度中‘操作’，这就是为什么使用2微米的激光器，它们不会损伤皮下组织。”


据他说，医生通常使用2微米闪光灯泵浦的钬激光器，但这些设备非常昂贵，相当笨重，并且不是很可靠。


奥布雷诺夫说：“陶瓷激光器具有显著的竞争优势，制造更便宜、简单，更加可靠，而且紧致度大约超过钬激光器四倍还多。它们将是外科手术理想的选择。”


陶瓷激光器的另一个潜在应用是复合产业。广泛用1微米激光器切割金属很好，但聚合物对它们来说几乎是透明的。另一方面，2微米的陶瓷激光器可以有效地切割、雕刻塑料，比如复合材料等。


奥布雷诺夫总结道：“复合材料越来越多地被用于生产工艺设备中，如飞机等。俄罗斯最新MS-21飞机机翼几乎全部采用复合材料。陶瓷激光器在生产行业中也是一种有用的工具。”