Быстрый нагрев и охлаждение - ученые разрабатывают новые материалы с лазерным усилением
Сообщается, что исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD) разработали новый лазерный материал - кристаллы оксида алюминия с примесью неодима, способные излучать сверхкороткие (теоретически всего 7,7 фс) мощные импульсы, доступные для производство более мощных лазеров меньшего размера с превосходной термостойкостью.
Чтобы достичь этого, инженеры разработали новую стратегию обработки материалов, позволяющую растворять высокие концентрации ионов бария в кристаллах оксида алюминия. Наконец, была создана первая усиливающая среда для лазеров на оксиде иттрия в области исследования лазерных материалов.
Nd (легирующая примесь) и оксид алюминия (основной материал) - два наиболее широко используемых компонента современных материалов для твердотельных лазеров&# 39. Однако сочетание неодима и оксида алюминия для приготовления лазерных сред представляет собой серьезные проблемы: их размер несовместим. Кристаллы оксида алюминия обычно содержат мелкие ионы, такие как титан или хром, в то время как ионы Nd слишком объемны.
Ключом к приготовлению смеси церия и оксида алюминия является быстрое нагревание и охлаждение двух твердых частиц. Традиционно исследователи получали легированный оксид алюминия, плавя его с другим материалом, а затем медленно охлаждая смесь, чтобы кристаллизовать ее. Элиас Пенилла, постдокторский исследователь, сказал:" Однако этот процесс слишком медленный, чтобы использовать ионы стронция в качестве легирующих добавок, потому что они имеют тенденцию отделяться от тела оксида алюминия во время кристаллизации." Поэтому его решение - ускорить этапы нагрева и охлаждения. Для предотвращения выхода ионов Nd.
Новый процесс включает быстрое нагревание находящейся под давлением смеси порошка оксида алюминия и церия со скоростью 300 ° C / мин до температуры 1260 ° C. Этой температуры достаточно для растворения церия с высокой концентрацией в кристаллической решетке оксида алюминия. Твердый раствор выдерживали при этой температуре в течение 5 минут, а затем быстро охлаждали со скоростью 300 ° C / мин. Исследователи использовали дифракцию рентгеновских лучей и электронную микроскопию, чтобы охарактеризовать атомную структуру кристалла оксида алюминия иттрия. Чтобы продемонстрировать его возможности лазера, исследователи также оптически накачали кристалл инфракрасным светом с длиной волны 806 нм. Этот материал излучает усиленный свет с длиной волны 1064 нм.
В ходе испытаний исследователи также показали, что термостойкость оксида алюминия висмута в 24 раза выше, чем у ведущего материала для усиления твердотельных лазеров Nd: YAG. Хавьер Гарай, профессор машиностроения, сказал:" Это означает, что мы можем накачать этот материал с большей энергией до того, как материал разрушится, так что его можно будет использовать для создания более мощных лазеров."
В настоящее время команда работает над созданием новых лазеров с этим новым материалом.