用纳米粒子增加功率，提高光纤激光对眼睛的安全性！科学家们设计了一种新方法，通过使用纳米粒子来制造更高效、更安全的强激光。材料与器件部门负责人Jas S. Sanghera说：“稀土离子掺杂光纤”被使用。简单来说就是激光泵浦的石英光纤，注入了稀土离子钬。据报道，新工艺的效率已达到85%。掺杂只是意味着将稀土离子放入纤维的核心，所有的效应都在这里发生。 　　

　　这就是新的研究如何创造世界纪录的效率，这也是我们需要制造一种高能量、对我们的眼睛更安全的激光。根据光学材料与器件事业部化学家科林巴克的研究，激光激射过程是依靠泵浦源(通常是另一个激光器)激发稀土离子，然后稀土离子发射光子产生高质量的光，达到理想的激光激射波长。 　　

　　但是，这个过程是有代价的，并不是100%有效。输入泵浦能量不是高质量光的期望波长，高质量光将在期望的特定波长产生更高质量的光。但是剩余的能量并没有转化为激光，而是被浪费掉，转化为热能。 　　

　　能量的损失最终限制了功率的缩放和激光的质量，这使得效率尤其重要。在纳米粒子“掺杂剂”的帮助下，2微米波长的激光可以达到85%的效率，这被认为是“对眼睛更安全的波长”，而不是传统的1微米波长。当然，没有一种激光对人眼是安全的。这种危险来自于激光手术过程中散射光可能会反射到眼睛里。100 kW的激光工作速度为1微米，散射光会对视网膜造成严重损伤，导致失明。但是，当波长超过1.4微米时，在激光对眼睛更安全的情况下，散射光的危险大大降低。 　　

　　纳米颗粒掺杂还解决了其他几个问题，例如，它可以保护硅中的稀土离子。在2微米，二氧化硅的玻璃结构可以减少稀土离子的光输出。纳米粒子掺杂还可以将稀土离子相互分离，这是有帮助的，因为将它们紧紧地包裹在一起也可以减少光输出。传统的使用Yb掺杂剂的激光器工作在1微米时，几乎不受这些因素的影响。解决的办法是一些非常巧妙的化学方法，将钬溶解在黄褐斑、氧化镧或氟化镧组成的纳米粉末中，为稀土离子创造合适的晶体环境。这种纳米粉体的桶化学合成是降低成本的关键。 　　

　　Sanghera团队最初为之前的一个项目合成了这种纳米粒子粉末。它的颗粒通常小于20纳米，比人的头发还要小5000倍。此外，还需要能够成功地将这些纳米粉末掺杂到二氧化硅光纤中，并且数量足以实现激射。 　　

　　在光学材料和设备部门，Sanghera的科学家团队正在使用一台房间大小的玻璃加工车床，在那里，最终将成为纤维的玻璃将被氟气净化，用吹管成型，并注入纳米粒子混合物――科学家称之为“纳米粒子浆料”。其结果是一个直径为一英寸的掺有稀土离子的玻璃棒，或称“光学预制棒”。 　　

　　科学家们使用了一个光纤拉丝系统(一个巨大的塔，占据了两个大房间和两层楼的高度)，用熔炉软化预制棒并拉伸它。这个过程类似于将太妃糖拉成一根头发丝般细的光纤，然后缠绕在一个大轴上。Sanghera团队已经为这种工艺提交了专利申请，这种新型特殊光纤激光器的潜在应用包括用于国防、电信，甚至焊接和激光切割的高功率激光器和放大器。从根本上说，整个过程在商业上是可行的。制造粉末并将其掺入纤维中是一种低成本的工艺。这个过程非常类似于制造电信光纤。