Snabb uppvärmning och kylning - Forskare utveckla nya Laser Gain Material
Det rapporteras att University of California, San Diego (UCSD) forskare har utvecklat ett nytt lasermaterial - Nd-dopade aluminiumoxid kristaller, som kan avge ultra-kort (teoretiskt så lågt som 7,7 fs), hög effekt pulser, tillgängliga För produktion av mindre, mer kraftfulla lasrar med utmärkt termisk stötresistens.
För att uppnå detta har ingenjörer utarbetat en ny strategi materialbearbetning för att lösa upp höga koncentrationer av bariumjoner i aluminiumoxidkristallerna. Slutligen, den första yttrium aluminiumoxid laser gain medium inom området lasermaterial forskning producerades.
ND (dopant) och aluminiumoxid (värdmaterial) är de två mest använda komponenterna i dagens mest avancerade solid state laser material. Kombinationen av Nd och aluminiumoxid för att förbereda lasermedier innebär dock betydande utmaningar: deras storlek är oförenlig. Aluminiumoxidkristaller innehåller vanligtvis små joner som titan eller krom, medan Nd-joner är för skrymmande.
Nyckeln till att förbereda en cerium aluminiumoxidblandning är snabb uppvärmning och kylning av de två fasta ämnena. Traditionellt har forskare gjort dopad aluminiumoxid genom att smälta den med ett annat material, och sedan långsamt kyla blandningen för att kristallisera den. Elias Penilla, en postdoc forskare, sade: "Men denna process är för långsam för att använda strontium joner som dopants eftersom de tenderar att vara strippad från aluminiumoxid kroppen under kristallisering." Så hans lösning är att påskynda värme och kyla steg. För att förhindra att Nd-joner flyr.
Den nya processen innebär att snabbt värma en trycksatt blandning av aluminiumoxid och cerium pulver med en hastighet av 300 ° C/min tills de når 1260 °C. Denna temperatur är tillräcklig för att lösa upp en hög koncentration av cerium i aluminiumoxidkristallgitter. Den fasta lösningen hölls vid denna temperatur i 5 minuter och sedan snabbt kyldes med en hastighet av 300 ° C /min. Forskarna använde röntgendiffraktion och elektronmikroskopi för att karakterisera atomstrukturen i yttriumluminakristallen. För att visa sin laserkapacitet pumpade forskarna också optiskt kristallen med 806 nm infrarött ljus. Detta material avger förstärkt ljus med en våglängd på 1064 nm.
Genom testning, forskarna visade också att den termiska chockbeständighet av vismut aluminiumoxid är 24 gånger högre än den ledande solid-state laser vinna material Nd:YAG. Javier Garay, professor i maskinteknik, sade: "Detta innebär att vi kan pumpa detta material med mer energi innan materialet går sönder, så att det kan användas för att göra mer kraftfulla lasrar."
Teamet arbetar för närvarande med att utveckla nya lasrar med detta nya material.