Nỗ lực phát triển pha lê laser mới để giảm sự phụ thuộc vào đất hiếm

Để ứng phó, đội ngũ nhà nghiên cứu đến từ Viện Quang điện, công nghệ hệ thống và khai thác hình ảnh (IOSB) Fraunhofer nỗ lực tạo ra pha lê laser lẫn sợi quang không cần đến đất hiếm nhập khẩu đắt đỏ, qua đó bảo vệ tương lai của công nghệ laser trong bối cảnh bất ổn toàn cầu gia tăng.

Nguồn cung đất hiếm giữa bất ổn

Tháng 4 vừa qua, Trung Quốc - quốc gia nắm giữ lượng đất hiếm lớn - áp đặt hạn chế xuất khẩu. Châu Âu, đặc biệt là Đức, lập tức chịu ảnh hưởng. Ngành laser (phụ thuộc vào vật liệu pha đất hiếm) thuộc số lĩnh vực bị tác động. Các nguyên tố đất hiếm giữ vai trò cốt lõi trong hệ thống laser vốn có giá vài trăm euro nay tăng lên vài nghìn euro.

Bất ổn thúc đẩy IOSB Fraunhofer tìm cách ứng phó. Theo Giám đốc Marc Eichhorn: “Đảm bảo tính khả dụng của pha lê laser lẫn sợi quang, cũng như kiểm soát được quá trình sản xuất chúng quan trọng không chỉ với sức cạnh tranh cùng mức độ độc lập về kinh tế, mà còn với an ninh châu Âu và Đức”.

Pha lê laser mới

Pha lê laser khuếch đại ánh sáng bằng cách sử dụng năng lượng quang học được lưu trữ và giải phóng nó ở các bước sóng cố định tùy thuộc vào đất hiếm dùng đến.

Khi không thể tạo ra bước sóng cụ thể, nhóm nghiên cứu sử dụng vật liệu quang học phi tuyến tính (NLO) để chuyển đổi laser thành bước sóng khác. Làm vậy giúp mở rộng ứng dụng của laser sang loạt lĩnh vực như kính hiển vi, giám sát môi trường, chẩn đoán y tế.

Chất lượng pha lê vô cùng quan trọng. Tạp chất hay tính chất nhiệt kém có thể làm giảm hiệu suất ở mức công suất cao. Nhóm đã thử nghiệm nhiều thành phần khác nhau, tinh chỉnh điều kiện phát triển đồng thời sử dụng nhiễu xạ tia X để đánh giá cấu trúc. Họ muốn tăng ngưỡng chịu hư hao của pha lê khi tiếp xúc laser cường độ cao. Toàn bộ quá trình khá phức tạp vì không ít khâu không thể tự động hóa.

Công nghệ sợi quang mới

Ngoài pha lê laser, IOSB Fraunhofer còn cố gắng phát triển sợi quang mới chẳng hạn sợi thạch anh pha đất hiếm hay sợi fluoride nhỏ gọn mà hiệu suất cao. Chúng sẽ được ứng dụng trong công cụ laser công nghiệp, thiết bị phẫu thuật lẫn nhiều thứ khác.