Nopea lämmitys ja jäähdytys - tutkijat kehittävät uusia laservoittomateriaaleja
On raportoitu, että Kalifornian yliopiston San Diegon (UCSD) tutkijat ovat kehittäneet uuden lasermateriaalin - Nd-doped alumiinioksidikiteet, jotka kykenevät lähettämään erittäin lyhyitä (teoriassa jopa 7,7 fs), suuritehoisia pulsseja, saatavana pienempien, tehokkaampien lasereiden tuotantoon erinomaisella lämpöshokkiresistenssillä.
Tämän saavuttamiseksi insinöörit ovat laatineet uuden materiaalinkäsittelystrategian, jolla suuret bariumionipitoisuudet liuotetaan alumiinioksidikiteiden pitoisuuksiin. Lopuksi tuotettiin ensimmäinen yttrium-alumiinioksidilaser gain medium lasermateriaalien tutkimuksen alalla.
Nd (dopant) ja alumiinioksidi (isäntämateriaali) ovat tämän päivän kehittyneimpien solid-state-lasermateriaalien kaksi yleisimmin käytettyä komponenttia. Nd:n ja alumiinioksidin yhdistelmä lasermedian valmistamiseksi aiheuttaa kuitenkin merkittäviä haasteita: niiden koko ei ole yhteensopiva. Alumiinioksidikiteet sisältävät yleensä pieniä ioneja, kuten titaania tai kromia, kun taas Nd-ionit ovat liian suuria.
Avain cerium-alumiinioksidiseoksen valmistukseen on näiden kahden kiintoainten nopea lämmitys ja jäähdytys. Perinteisesti tutkijat ovat tehneet doped alumiinioksidia sulattamalla sen toisella materiaalilla ja jäähdyttämällä sitten seosta hitaasti kiteyttääkseen sen. Tutkijatohtori Elias Penilla sanoi: "Tämä prosessi on kuitenkin liian hidas käyttämään strontiumioneja dopantsina, koska ne yleensä poistetaan alumiinioksidin kehosta kiteytyksen aikana." Joten hänen ratkaisunsa on nopeuttaa lämmitys- ja jäähdytysvaiheita. Estääkseen Nd ioneja pakenemasta.
Uuteen prosessiin kuuluu alumiinioksidin ja ceriumjauheen paineistuksen nopea kuumennus nopeudella 300 ° C/ min, kunnes se saavuttaa 1260 °C: n lämpötilan. Tämä lämpötila riittää liuottamaan suuren ceriumpitoisuuden alumiinioksidin kristalli ristikkoon. Kiinteää liuosta pidettiin tässä lämpötilassa 5 minuuttia ja jäähdytettiin sitten nopeasti nopeudella 300 ° C / min. Tutkijat käyttivät röntgendiffraktiota ja elektronimikroskopiaa luonnehtiakseen yttrium-alumiinioksidikiteen atomirakennetta. Osoittaakseen laserkykynsä tutkijat myös pumppasivat kristallia optisesti 806 nm infrapunavalolla. Tämä materiaali säteile vahvistunutta valoa, jonka aallonpituus on 1064 nm.
Testauksen avulla tutkijat osoittivat myös, että vismutti-alumiinioksidin lämpöshokkiresistenssi on 24 kertaa suurempi kuin johtavan solid-state-laservoittomateriaalin Nd:YAG. Konetekniikan professori Javier Garay sanoi: "Tämä tarkoittaa, että voimme pumpata tätä materiaalia enemmän energiaa ennen materiaalin rikkoutumista, jotta sitä voidaan käyttää tehokkaampien lasereiden laatimiseen."
Tiimi kehittää parhaillaan uusia lasereita tällä uudella materiaalilla.