علماء روس يطورون مادة لزيادة كفاءة الليزر

طور علماء جامعة شمال القوقاز الروسية، مادة فعالة ستساعد في تحسين خصائص الليزر. وبحسب الباحثين، ستجد هذه التقنية تطبيقات في مجالات متعددة، بدءاً من الجراحة والتجميل وصولاً إلى القطع بالليزر، واللحام، وتقسية المواد المختلفة. وقد نُشرت نتائج الدراسة في مجلة Ceramics International.

الليزر هو جهاز يتيح تحويل أنواع مختلفة من الطاقة إلى طاقة إشعاعية أحادية اللون. وتُعدّ الليزرات الصلبة الأكثر طلباً حالياً، حيث تُستخدم في العديد من مجالات العلوم والتقنيات، مثل الطب بالليزر، وأنظمة الملاحة، وصناعة المعادن، وفقاً لما أوضحه مختصون من جامعة شمال القوقاز الفيدرالية الروسية.

من المكونات الهامة في الليزر هو “المغلق السلبي” أو “معدل الجودة”، الذي يسمح لليزر بالعمل بنظام نبضي، حيث يخزن الطاقة ثم يطلقها على شكل نبضة قصيرة ولكن قوية تتراوح مدتها بين 10 و20 نانوثانية.

عادةً ما تُصنع المغلقات السلبية من أحجار بلورية مفردة، لكن الباحثين في الجامعة استخدموا خزفاً قائماً على مادة إتريوم ألومنيوم جارنت (YAG) مع إضافة الكروم، مما يساهم في خفض تكاليف الإنتاج وإمكانية تشكيل المنتج بأحجام وأشكال مختلفة.

بالإضافة إلى ذلك، أدخل الباحثون عنصر سكانديوم في البنية البلورية للجارنت، مما ساعد في تعزيز كفاءة معدلات الجودة في الليزر.

وقالت فيكتوريا سوبرونتشوك، الباحثة الرئيسية في الدراسة: “اكتشفنا أن إضافة كاتيونات السكانديوم إلى المواقع الثمانية الأوجه في الجارنت يزيد من تحويل تكافؤ الكروم بمقدار مرة ونصف، وهذا ما يعادل عملياً زيادة كفاءة معدلات الجودة بنسبة 50%، ما يجعلها أكثر قابلية للتصغير، وهو ضروري لتطوير الليزرات المدمجة. كما يتيح ذلك إنتاج عدد أكبر من الأجهزة باستخدام نفس كمية المادة الخام”.

ويخطط الباحثون في المستقبل لإدخال عناصر مُفعّلة إضافية في مصفوفة إتريوم ألومنيوم جارنت بهدف تعديل الخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة.