Încălzire și răcire rapidă - Oamenii de știință dezvoltă noi materiale cu câștig laser
Este raportat că cercetătorii de la Universitatea din California, San Diego (UCSD) au dezvoltat un nou material laser - cristale de alumină dopate cu Nd, capabile să emită impulsuri ultra-scurte (teoretic de până la 7,7 fs), de mare putere, disponibile pentru producerea de lasere mai mici și mai puternice, cu o rezistență excelentă la șoc termic.
Pentru a realiza acest lucru, inginerii au conceput o nouă strategie de procesare a materialelor pentru a dizolva concentrații mari de ioni de bariu în cristalele de alumină. În cele din urmă, a fost produs primul mediu de câștig cu laser de alumină de itriu din domeniul cercetării materialelor laser.
Nd (dopant) și alumina (materialul gazdă) sunt cele mai utilizate componente ale celor mai avansate materiale laser în stare solidă ale&# 39. Cu toate acestea, combinația de Nd și alumină pentru a prepara medii laser prezintă provocări semnificative: dimensiunea lor este incompatibilă. Cristalele de alumină conțin de obicei ioni mici, cum ar fi titanul sau cromul, în timp ce ionii Nd sunt prea voluminoși.
Cheia pentru prepararea unui amestec de aluminiu de ceriu este încălzirea și răcirea rapidă a celor două solide. În mod tradițional, cercetătorii au produs alumină dopată topind-o cu un alt material și apoi răcind încet amestecul pentru a-l cristaliza. Elias Penilla, un cercetător postdoctoral, a spus: GG; Cu toate acestea, acest proces este prea lent pentru a utiliza ioni de stronțiu ca dopanți, deoarece tind să fie eliminați din corpul aluminei în timpul cristalizării." Deci soluția sa este să accelereze etapele de încălzire și răcire. Pentru a preveni scăparea ionilor Nd.
Noul proces implică încălzirea rapidă a unui amestec sub presiune de alumină și pudră de ceriu la o rată de 300 ° C / min până la atingerea 1260 ° C. Această temperatură este suficientă pentru a dizolva o concentrație mare de ceriu în rețeaua cristalină de alumină. Soluția solidă a fost menținută la această temperatură timp de 5 minute și apoi răcită rapid la o rată de 300 ° C / min. Cercetătorii au folosit difracția de raze X și microscopia electronică pentru a caracteriza structura atomică a cristalului de aluminiu de itriu. Pentru a-și demonstra capacitățile laser, cercetătorii au pompat optic cristalul cu lumină infraroșie de 806 nm. Acest material emite lumină amplificată cu o lungime de undă de 1064 nm.
Prin teste, cercetătorii au arătat, de asemenea, că rezistența la șoc termic a aluminei de bismut este de 24 de ori mai mare decât cea a principalului material de câștig cu laser în stare solidă Nd: YAG. Javier Garay, profesor de inginerie mecanică, a spus:&„Acest lucru înseamnă că putem pompa acest material cu mai multă energie înainte ca materialul să se rupă, astfel încât să poată fi folosit pentru a produce lasere mai puternice."
Echipa lucrează în prezent la dezvoltarea de noi lasere cu acest nou material.