Rask oppvarming og kjøling - Forskere utvikler nye lasergevinstmaterialer
Det er rapportert at University of California, San Diego (UCSD) forskere har utviklet et nytt lasermateriale - Nd-dopet alumina krystaller, i stand til å sende ut ultra-kort (teoretisk så lavt som 7.7 fs), høy effekt pulser, tilgjengelig For produksjon av mindre, kraftigere lasere med utmerket termisk sjokk motstand.
For å oppnå dette har ingeniører utviklet en ny materialbehandlingsstrategi for å oppløse høye konsentrasjoner av bariumioner i aluminakrys krystallene. Til slutt, den første yttrium alumina laser gevinst medium innen laser materialer forskning ble produsert.
Nd (dopant) og alumina (vertsmateriale) er de to mest brukte komponentene i dagens mest avanserte SSD-lasermaterialer. Kombinasjonen av Nd og alumina for å forberede lasermedier byr imidlertid på betydelige utfordringer: størrelsen er uforenlig. Aluminakrystaller inneholder vanligvis små ioner som titan eller krom, mens Nd ioner er for store.
Nøkkelen til å forberede en cerium alumina blanding er rask oppvarming og kjøling av de to faste stoffer. Tradisjonelt har forskere laget dopet alumina ved å smelte den med et annet materiale, og deretter sakte kjøle blandingen for å krystallisere den. Elias Penilla, en postdoktor, sa: "Men denne prosessen er for treg til å bruke strontiumioner som dopants fordi de har en tendens til å bli strippet fra aluminakroppen under krystallisering." Så hans løsning er å fremskynde varme- og kjøletrinnene. For å hindre at Nd ioner rømmer.
Den nye prosessen innebærer raskt oppvarming av en trykksatt blanding av alumina og ceriumpulver med en hastighet på 300 ° C / min til den når 1260 ° C. Denne temperaturen er tilstrekkelig til å oppløse en høy konsentrasjon av cerium i aluminakrystallgitteret. Den faste løsningen ble holdt ved denne temperaturen i 5 minutter og deretter raskt avkjølt med en hastighet på 300 ° C / min. Forskerne brukte røntgendiffraksjon og elektronmikroskopi for å karakterisere atomstrukturen til yttrium aluminakrystallen. For å demonstrere laserfunksjonene pumpet forskerne også krystallen optisk med 806 nm infrarødt lys. Dette materialet avgir forsterket lys med en bølgelengde på 1064 nm.
Gjennom testing viste forskerne også at den termiske sjokkmotstanden til vismut alumina er 24 ganger høyere enn for den ledende solid-state laser gevinst materiale Nd: YAG. Javier Garay, professor i maskinteknikk, sa: "Dette betyr at vi kan pumpe dette materialet med mer energi før materialet bryter, slik at det kan brukes til å lage kraftigere lasere."
Teamet jobber for tiden med å utvikle nye lasere med dette nye materialet.