Российские ученые создали новый компактный и мощный лазер на основе керамики – это устройство может использоваться в качестве малотравматичного и дешевого лазерного скальпеля для хирургических операций, а также для резки и гравировки композитных материалов. Результаты работы опубликованы в журнале Optics Letters.
На сегодняшний день лазеры используются повсеместно: в бытовых электронных устройствах, медицине, металлургии, метрологии, метеорологии и многих других областях. Лазерный луч возникает за счет эффекта вынужденного излучения в так называемой активной среде, роль которой могут играть газы, жидкости, кристаллы или стекла. От параметров активной среды зависит длина волны лазера, эффективность преобразования энергии в излучение.
Иван Обронов, научный сотрудник МФТИ, и его коллеги из Института прикладной физики РАН и компании «ИРЭ-Полюс» в качестве активной среды лазера использовали керамику, полученную из соединений редкоземельных элементов – оксида лютеция с добавлением ионов тулия. Именно ионы тулия и обеспечивали способность керамики генерировать лазерное излучение.
«Керамика – перспективный тип среды для лазеров, поскольку ее получают спеканием порошков в поликристаллическую массу. В производстве она дешевле и проще, чем монокристаллы, что крайне важно для массового внедрения. Кроме того, химический состав керамики легко менять, меняя и свойства лазера», — поясняет Обронов.
Созданный учеными лазер преобразует энергию в излучение с эффективностью более 50%, притом что другие варианты твердотельных лазеров имеют эффективность в среднем около 20%, и генерирует инфракрасное излучение с длиной волны около 2 микронов (1966 и 2064 нанометров). Именно длина волны делает этот лазер незаменимым для медицинских целей.
«Излучение наиболее распространенных инфракрасных лазеров — с длиной волны около 1 микрона — имеет малое поглощение и очень глубоко проникает в биоткани, что приводит к коагуляции (слипанию мелких частей, например свертыванию крови) и появлению значительных областей «омертвевшей» ткани. Хирургический скальпель должен «работать» на строго определенную глубину, поэтому используются двухмикронные лазеры, которые не повреждают нижележащие ткани», — говорит Обронов.
Еще одно потенциальное применение керамических лазеров – композитная промышленность. Широко распространенные одномикронные лазеры хорошо режут металл, но полимеры для них практически прозрачны. Двухмикронный керамический лазер, в отличие от них, может эффективно резать и гравировать пластик, например композитные материалы.
