微创和低成本的陶瓷激光手术刀

来自莫斯科物理技术学院的科学家和他们的同事们开发出了一种新型的紧凑而强大的陶瓷激光——它将被用来作为一种微创的和廉价的激光手术刀用在外科手术上，也可以用在复合材料的切割和雕刻上。这项研究的成果已发表在《光学快报》上。

今天，激光已经被应用在方方面面：消费电子设备，医学，冶金，计量学，气象以及许多其他领域。激光束的产生是由于有源介质中的受激发射效应，在这里有源介质可能是气体，液体，晶体，或玻璃。激光的波长和能量转换成辐射的效率都取决于有源介质的参数。

莫斯科物理技术学院的研究员Ivan Obronov和他来自俄罗斯科学院应用物理研究所以及IRE-Polus公司的同僚一起，使用的是一种从稀土元素化合物得到的陶瓷——掺铥的氧化镥（Tm3+：Lu2O3）。使陶瓷能够产生激光辐射的是其中的铥离子。

“陶瓷是一种很有前途的激光介质类型，因为它们是由烧结粉末来制成一个多晶物体。他们比单晶更便宜和更容易制造，对于大规模应用来说这非常重要。此外，改变陶瓷的化学成分很容易，从而改变激光的特性，”Obronov解释说。

他们开发的激光器将能量转换成辐射的转换效率超过了50%，而其他类型的固体激光器的平均效率只有约20%，而它产生的红外辐射的波长约为2微米（1966纳米和2064纳米）。而这个波长就是使得这个激光器对于医疗用途如此有用的原因。

“大部分常见的红外激光器发射的激光，其波长约为1微米，人体对其吸收很小，所以能够深入到生物组织，从而导致凝血和大面积的“死”组织。外科手术刀需要在一个特定的深度进行工作，这也是为什么使用2微米激光器的原因，因为它们不会损伤底下的组织，”Obronov说。

据他说，医生通常使用2微米的灯泵钬激光器，但这些设备都非常昂贵，而且相当笨重，可靠性也差。

“陶瓷激光器有着显著的竞争优势，他们制造起来更便宜，更简单和更可靠，而且比钬激光要小约四倍以上。所以它们用在外科手术上将会非常理想，”Obronov说。

陶瓷激光器的另一个潜在应用是复合材料行业。广泛使用的1微米激光器擅长切割金属，但聚合物对于它们来说则几乎是透明的。另一方面，2微米的陶瓷激光器则可以有效地切割和雕刻塑料，例如复合材料等。

“复合材料越来越多地被用于生产技术设备，如飞机。“俄罗斯的MS-21新飞机的机翼几乎全部采用复合材料。陶瓷激光器也可以用作生产行业的一个有用的工具，”Obronov总结说。

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