Rychlé vytápění a chlazení - Vědci vyvíjejí nové materiály pro laserový zisk
Uvádí se, že vědci z Kalifornské univerzity v San Diegu (UCSD) vyvinuli nový laserový materiál - Nd-dopované krystaly oxidu hlinitého, schopné emitovat ultrakrátké (teoreticky tak nízké jako 7,7 fs), vysoce výkonné pulsy, dostupné pro výroba menších, výkonnějších laserů s vynikající odolností proti tepelným šokům.
K dosažení tohoto cíle vyvinuli inženýři novou strategii zpracování materiálu pro rozpuštění vysokých koncentrací barnatých iontů do krystalů oxidu hlinitého. Nakonec bylo vyrobeno první laserové ziskové médium oxidu hlinitého yttria v oblasti výzkumu laserových materiálů.
Nd (dopant) a oxid hlinitý (hostitelský materiál) jsou dvě nejpoužívanější komponenty dnes nejpokročilejších laserových materiálů v pevné fázi&# 39. Kombinace Nd a oxidu hlinitého pro přípravu laserového média však představuje významné výzvy: jejich velikost je nekompatibilní. Krystaly oxidu hlinitého obvykle obsahují malé ionty, jako je titan nebo chrom, zatímco ionty Nd jsou příliš objemné.
Klíčem k přípravě směsi ceru a oxidu hlinitého je rychlé zahřátí a ochlazení těchto dvou pevných látek. Vědci tradičně vyráběli dopovaný oxid hlinitý tak, že se roztavil s jiným materiálem a poté se směs pomalu ochladila, aby došlo ke krystalizaci. Elias Penilla, postdoktorský výzkumník, uvedl:&„; Tento proces je však příliš pomalý na to, aby se jako dopanty používaly ionty stroncia, protože mají tendenci být během krystalizace odstraněny z těla oxidu hlinitého." Jeho řešením je tedy urychlit kroky vytápění a chlazení. Aby se zabránilo úniku Nd iontů.
Nový proces zahrnuje rychlé zahřátí tlakové směsi oxidu hlinitého a cerového prášku rychlostí 300 ° C / min, dokud nedosáhne 1260 ° C. Tato teplota je dostatečná k rozpuštění vysoké koncentrace ceru do krystalové mřížky oxidu hlinitého. Pevný roztok byl udržován na této teplotě po dobu 5 minut a poté rychle ochlazen rychlostí 300 ° C / min. Vědci použili rentgenovou difrakci a elektronovou mikroskopii k charakterizaci atomové struktury krystalu oxidu hlinitého yttria. Aby demonstrovali své laserové schopnosti, vědci také opticky čerpali krystal pomocí infračerveného světla 806 nm. Tento materiál vyzařuje zesílené světlo o vlnové délce 1064 nm.
V rámci testování vědci také prokázali, že odolnost proti teplotnímu šoku oxidu hlinitého bismutu je 24krát vyšší než odolnost předního pevného laserového materiálu pro zisk Nd: YAG. Javier Garay, profesor strojírenství, řekl:" To znamená, že můžeme tento materiál pumpovat více energií, než se materiál rozbije, aby z něj bylo možné vyrábět výkonnější lasery."
Tým v současné době pracuje na vývoji nových laserů s tímto novým materiálem.