Szybkie nagrzewanie i chłodzenie - naukowcy opracowują nowe materiały ze wzmocnieniem laserowym
Poinformowano, że naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) opracowali nowy materiał laserowy - kryształy tlenku glinu z domieszką Nd, zdolne do emitowania ultrakrótkich (teoretycznie zaledwie 7,7 fs) impulsów o dużej mocy, dostępnych dla produkcja mniejszych, mocniejszych laserów o doskonałej odporności na szok termiczny.
Aby to osiągnąć, inżynierowie opracowali nową strategię przetwarzania materiałów, aby rozpuszczać wysokie stężenia jonów baru w kryształach tlenku glinu. W końcu powstał pierwszy laserowy środek wzmacniający z tlenkiem itru w dziedzinie badań materiałów laserowych.
Nd (domieszka) i tlenek glinu (materiał macierzysty) to dwa najczęściej używane komponenty dzisiejszych najbardziej zaawansowanych materiałów laserowych na ciele stałym&# 39. Jednak połączenie Nd i tlenku glinu w celu przygotowania mediów laserowych stanowi poważne wyzwanie: ich rozmiar jest niekompatybilny. Kryształy tlenku glinu zwykle zawierają małe jony, takie jak tytan lub chrom, podczas gdy jony Nd są zbyt masywne.
Kluczem do przygotowania mieszaniny ceru i tlenku glinu jest szybkie ogrzewanie i chłodzenie dwóch ciał stałych. Tradycyjnie naukowcy wytwarzali domieszkowany tlenek glinu, topiąc go z innym materiałem, a następnie powoli chłodząc mieszaninę w celu jej skrystalizowania. Elias Penilla, badacz z tytułem doktora, powiedział: GG: Jednak ten proces jest zbyt wolny, aby używać jonów strontu jako domieszek, ponieważ mają one tendencję do usuwania ich z bryły tlenku glinu podczas krystalizacji." Dlatego jego rozwiązaniem jest przyspieszenie etapów ogrzewania i chłodzenia. Aby zapobiec ucieczce jonów Nd.
Nowy proces polega na szybkim ogrzewaniu pod ciśnieniem mieszaniny sproszkowanego tlenku glinu i ceru z szybkością 300 ° C / min, aż do osiągnięcia 1260 ° C. Ta temperatura jest wystarczająca do rozpuszczenia wysokiego stężenia ceru w sieci krystalicznej tlenku glinu. Stały roztwór utrzymywano w tej temperaturze przez 5 minut, a następnie szybko schładzano z szybkością 300 ° C / min. Naukowcy wykorzystali dyfrakcję promieniowania rentgenowskiego i mikroskopię elektronową, aby scharakteryzować strukturę atomową kryształu tlenku glinu itru. Aby zademonstrować możliwości lasera, naukowcy pompowali optycznie do kryształu światło podczerwone 806 nm. Materiał ten emituje wzmocnione światło o długości fali 1064 nm.
Dzięki testom naukowcy wykazali również, że odporność na szok termiczny tlenku glinu bizmutu jest 24 razy wyższa niż w przypadku wiodącego materiału o wzmocnieniu lasera na ciele stałym Nd: YAG. Javier Garay, profesor inżynierii mechanicznej, powiedział: GG: Oznacza to, że możemy pompować ten materiał z większą energią, zanim materiał się zepsuje, aby można go było użyć do produkcji mocniejszych laserów."
Zespół pracuje obecnie nad opracowaniem nowych laserów z tym nowym materiałem.