微創和低成本的陶瓷激光手術刀

來自莫斯科物理技術學院的科學家和他們的同事們開發出了一種新型的緊湊而強大的陶瓷激光——它將被用來作為一種微創的和廉價的激光手術刀用在外科手術上，也可以用在複合材料的切割和雕刻上。這項研究的成果已發表在《光學快報》上。

今天，激光已經被應用在方方麵麵：消費電子設備，醫學，冶金，計量學，氣象以及許多其他領域。激光束的產生是由於有源介質中的受激發射效應，在這裏有源介質可能是氣體，液體，晶體，或玻璃。激光的波長和能量轉換成輻射的效率都取決於有源介質的參數。

莫斯科物理技術學院的研究員Ivan Obronov和他來自俄羅斯科學院應用物理研究所以及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——摻銩的氧化鑥（Tm3+：Lu2O3）。使陶瓷能夠產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類型，因為它們是由燒結粉末來製成一個多晶物體。他們比單晶更便宜和更容易製造，對於大規模應用來說這非常重要。此外，改變陶瓷的化學成分很容易，從而改變激光的特性，”Obronov解釋說。

他們開發的激光器將能量轉換成輻射的轉換效率超過了50%，而其他類型的固體激光器的平均效率隻有約20%，而它產生的紅外輻射的波長約為2微米（1966納米和2064納米）。而這個波長就是使得這個激光器對於醫療用途如此有用的原因。

“大部分常見的紅外激光器發射的激光，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，從而導致凝血和大麵積的“死”組織。外科手術刀需要在一個特定的深度進行工作，這也是為什麽使用2微米激光器的原因，因為它們不會損傷底下的組織，”Obronov說。

據他說，醫生通常使用2微米的燈泵鈥激光器，但這些設備都非常昂貴，而且相當笨重，可靠性也差。

“陶瓷激光器有著顯著的競爭優勢，他們製造起來更便宜，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上將會非常理想，”Obronov說。

陶瓷激光器的另一個潛在應用是複合材料行業。廣泛使用的1微米激光器擅長切割金屬，但聚合物對於它們來說則幾乎是透明的。另一方麵，2微米的陶瓷激光器則可以有效地切割和雕刻塑料，例如複合材料等。

“複合材料越來越多地被用於生產技術設備，如飛機。“俄羅斯的MS-21新飛機的機翼幾乎全部采用複合材料。陶瓷激光器也可以用作生產行業的一個有用的工具，”Obronov總結說。

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