Laser włóknowy, który bezkrwawo tnie tkanki ludzkie? Już niedługo będzie to możliwe dzięki wynalazkowi naukowców z Politechniki Białostockiej, Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach i Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.
Zespół naukowców opracował tlenkowo-fluorkowe szkła tytanowo-germanianowe (o składzie: tlenek tytanu TiO2, tlenek germanu GeO2, tlenek baru BaO, fluorek baru BaF2, tlenek galu Ga2O2, fluorek erbu ErF3) o właściwościach luminescencyjnych, które pozwolą na budowanie nowych światłowodowych źródeł promieniowania. To wynalazek unikalny na skalę światową.
To szkło, z którego mogą powstać światłowody do wykorzystania w laserach włóknowych do cięcia tkanek ludzkich. Użyte do tego celu promieniowanie podczerwone powoduje koagulację, co oznacza, że przy cięciu poleje się mniej krwi – wyjaśnia dr hab. inż. Marcin Kochanowicz, prof. PB, kierownik Katedry Fotoniki, Elektroniki i Techniki Świetlnej Wydziału Elektrycznego Politechniki Białostockiej.
Dodaje, że to specjalne szkła, które domieszkowane są jonami lantanowców o właściwościach spektroskopowych. Charakteryzują się innymi parametrami niż standardowe szkła i pozwalają na uzyskanie wydajnej emisji, co ważne, w zakresie środkowej podczerwieni czyli od 2,70 mikrometra do 3 mikrometrów.
Ten zakres jest szczególnie istotny, jeżeli chodzi o medycynę, sensory optyczne, ponieważ cały trend fotoniczny przesuwa się właśnie w kierunku podczerwieni. Tam tworzy się obecnie potrzebne społeczeństwu aplikacje – tłumaczy prof. Kochanowicz.
Tlenkowo-fluorkowe szkła tytanowo-germanianowe można wykorzystać do budowy światłowodów, z których tworzy się lasery włóknowe, jak również do badania zanieczyszczenia gazów.
Każdy gaz ma pewne pasma absorpcji i tam, gdzie pokryje się emisja naszego szkła, bo to są szkła aktywne, które charakteryzują się emisją promieniowania, możemy nałożyć tę emisję na absorpcję gazu i w ten sposób konstruować czujniki gazów, np. amoniaku – opisuje współtwórca wynalazku z PB.
Badacz przypomina, że światłowód to konstrukcja optyczna, która propaguje promieniowanie w wyniku całkowitego wewnętrznego odbicia.
Nie jest to rurka, chociaż są też światłowody kapilarne, ale w najprostszym wydaniu nawet pręt szklany może być światłowodem na krótką odległość – tłumaczy prof. Kochanowicz.
Nad nowatorskim rozwiązaniem pracowali naukowcy z Instytutu Chemii Uniwersytetu Śląskiego, Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego, Wydziału Elektrycznego Politechniki Białostockiej oraz Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Zanim znaleziono właściwy skład szkła, minęło wiele lat.
Wszystkie prace wykonuje się w warunkach beztlenowych, czyli w specjalnych komorach, co znacznie utrudnia szybkość pracy. Badaliśmy właściwości optyczne, termiczne, strukturalne wielu składów i wybraliśmy szkło optymalne pod kątem i właściwości optycznych i termicznych, które pozwalają na przetwarzanie go w światłowody – raportuje prof. Kochanowicz.
Naukowcy przewidywali, jakie domieszki do szkła mogą uczynić je użytecznymi do emisji promieniowania podczerwonego w zakładanym zakresie fal. Za wytwarzanie i pomiary optyczne odpowiadał UŚ, z kolei AGH zajmowała się właściwościami strukturalnymi.
Gotowych przepisów na odpowiednie szkło nie ma. To są lata badań, background doświadczenia poprzedników. Ważne, że do tej pory tlenek tytanu – jedna z głównych domieszek – jest dostępny bez problemu – wyjaśnia naukowiec z PB, który zajmował się w projekcie częścią światłowodową.
Czy i kiedy opatentowane szkła zostaną wykorzystane do budowy światłowodów? Na to pytanie nie ma łatwej odpowiedzi.
Firmy interesuje raczej zastosowanie naszych wynalazków niż podstawowe badania, które są pierwszym krokiem w stronę pełnego sukcesu. Najpierw szkło, później światłowód, a dopiero na końcu jego realne zastosowanie – podsumowuje prof. Kochanowicz.
MK, źródło: PB