有效、廉價的陶瓷激光手術刀

材料牛注：來自莫斯科物理技術學院的科學家們新開發了一種功能強大的陶瓷激光器，效力是原有固態激光器技術的兩倍。基于這種技術的器件預計比目前外科手術所采用的器件小四倍，而且它們也將更加便宜和更可靠。

來自莫斯科物理技術學院（MIPT）的科學家們和他們的同事開發了一種新穎的功能強大的陶瓷激光器。這種技術可以用于微創廉價的激光外科手術，也可用于切割和雕刻復合材料。該研究結果已發表在Optics Letters上。

如今，激光的應用無處不在：消費類電子設備，醫藥，冶金，計量，氣象等諸多領域。激光束由非惰性介質受激發射產生，這些介質可以是氣體，液體，晶體或玻璃。激光的波長和將能量轉換成輻射的效率都取決于活性介質的參數。

Ivan Obronov是一位MIPT的研究員，他和來自RAS應用物理研究所和IRE-Polus的同事采用一種稀土元素的化合物制得了這種陶瓷，即通過氧化镥添加銩離子(Tm^3＋:Lu₂O₃)的方法。正是銩離子使該陶瓷可以產生激光輻射。

“陶瓷是一種很有前途的激光器介質，因為它們是由粉末燒結成多晶體的。它們比單晶是更便宜也更容易制造，這對于大規模采用極其重要的。另外，很容易改變陶瓷的化學組成，這又改變了激光的屬性。”Obronov解釋說。

他們已經開發出了大于50％的激光器，而其它類型固態激光器的能量輻射轉換平均效率只有大約20％。它產生的紅外輻射波長約2微米（1966nm和2064nm），這種長度適宜的波長使其能夠應用于醫療項目。

“最普通的紅外激光器的輻射波長約為1微米。這種光波吸收度非常小，可深入穿透生物組織，這會導致組織凝結和大面積的壞死組織。外科手術刀需要在非常精確的深度下操作，因此采用波長2微米的激光器，并且它們不會損害下層的組織。”Obronov說。

據他介紹，醫生通常使用2微米的閃光燈泵鈥激光器，但這些設備非常昂貴，比較笨重，并且不是很可靠。

“陶瓷激光器有一個顯著的競爭優勢：它們制造成本更低，更簡單，更可靠，并且緊湊性約為鈥激光器的四倍。陶瓷激光器將是外科手術的理想技術。”Obronov說。

陶瓷激光器的另一個潛在的應用是在復合材料工業。已經廣泛應用的1微米激光適于切割金屬，但這種激光無法切割聚合物。而另一方面，2微米的陶瓷激光器可以有效地切割和雕刻塑料，例如復合材料等。

“復合材料越來越多地被用于生產技術裝備，如飛機等。俄羅斯的MS-21飛機的機翼幾乎完全由復合材料制成。陶瓷激光也可能成為生產行業一個有用的工具。”Obronov總結說。

參考原文鏈接：Minimally traumatic and inexpensive ceramic laser scalpel

文獻鏈接：Highly efficient 2??μm CW and Q-switched Tm³⁺ :Lu₂O₃ ceramics lasers in-band pumped by a Raman-shifted erbium fiber laser at 1670??nm

本文由編輯部曾慶輝提供素材，時冰遙編譯，點我加入材料人編輯部。

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