Международная команда ученых, в которую вошли материаловеды Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), предложила новый состав керамических элементов для лазерных систем, безопасных для глаз человека. Такие лазеры применяются во многих сферах жизни: от автомобильной промышленности до медицины и космических технологий.

Результаты исследования опубликованы в журнале Ceramics International.

Для работы лазеры с длиной волны 2–6 микрометров, которые находят применения от медицины до промышленности и космических исследований, необходимы материалы с высокой теплопроводностью и подходящими механическими и оптическими характеристиками.

Международный коллектив ученых создал для этих целей искусственную керамику из нанопорошков оксида иттрия с добавкой гольмия (Ho₃₊:Y₂O₃) и оксида магния (MgO). Их спекли по специальной технологии, и в результате получился очень плотный материал, в котором практически отсутствуют поры, а средний размер зерна всего 200 нанометров. Благодаря этому керамика пропускает более 75% света в инфракрасном диапазоне при длине волны от 2 до 6 микрометров. Материал обладает высокой микротвердостью 10.7 ГПа, и устойчив к высоким температурам, возникающим при работе лазеров.

«В новой статье мы демонстрируем возможность создавать активную лазерную среду на основе уже ранее разработанной нами нанокомпозитной керамической матрицы. Задачей было выбрать для матрицы легирующий ион — в данном случае гольмий — и определить его оптимальное содержание, а также протестировать характеристики новых ИК-прозрачных композитов для потенциальных лазерных применений. Лазер на основе новой керамики безопасен для зрения человека, что открывает многие сферы для его приложения: от парктроников до 3D-моделирования местности. Кроме того, возможность добавлять гольмий в керамическую матрицу в достаточно высокой концентрации (до 12 процентов) в перспективе позволяет говорить о том, что размер лазерного элемента и всей установки можно миниатюризировать без потери мощности излучения. Наша работа — первая в этом направления керамического материаловедения», — один из авторов исследования Денис Косьянов.

Для промышленного применения керамика должна обладать светопропусканием в среднем ИК-диапазоне около 80%, поэтому исследователи планируют довести этот параметр до необходимого уровня на следующих этапах работы.