Бързо нагряване и охлаждане - учените разработват нови материали за лазерно усилване
Съобщава се, че изследователите от Калифорнийския университет в Сан Диего (UCSD) са разработили нов лазерен материал - легирани с Nd кристали от алуминиев оксид, способни да излъчват ултра къси (теоретично само 7,7 fs) импулси с висока мощност, достъпни за производството на по-малки, по-мощни лазери с отлична устойчивост на топлинен удар.
За да постигнат това, инженерите са разработили нова стратегия за обработка на материали за разтваряне на високи концентрации на бариеви йони в кристалите на алуминиев триоксид. И накрая, беше произведена първата среда за лазерно усилване на итриев алуминиев оксид в областта на изследванията на лазерни материали.
Nd (добавка) и алуминиев оксид (гостоприемник) са двата най-широко използвани компонента на най-модерните твърди лазерни материали в днешно време на' Комбинацията от Nd и алуминиев оксид за приготвяне на лазерни среди обаче създава значителни предизвикателства: размерът им е несъвместим. Кристалите на алуминиев триоксид обикновено съдържат малки йони като титан или хром, докато йоните Nd са твърде обемисти.
Ключът към приготвянето на цериевоалуминиева смес е бързото нагряване и охлаждане на двете твърди вещества. Традиционно изследователите правят легиран алуминий, като го топят с друг материал и след това бавно охлаждат сместа, за да кристализира. Елиас Пенила, постдокторант, каза:" Този процес обаче е твърде бавен, за да се използват стронциеви йони като добавки, тъй като те са склонни да се отстраняват от тялото на алуминиевия триоксид по време на кристализация." Така че неговото решение е да ускори стъпките за отопление и охлаждане. За да се предотврати изтичането на Nd йони.
Новият процес включва бързо нагряване на смес под налягане от алуминиев оксид и цериев прах със скорост 300 ° C / min, докато достигне 1260 ° C. Тази температура е достатъчна за разтваряне на висока концентрация на церий в кристалната решетка на алуминиевия оксид. Твърдият разтвор се задържа при тази температура в продължение на 5 минути и след това бързо се охлажда със скорост 300 ° С / мин. Изследователите са използвали рентгенова дифракция и електронна микроскопия, за да характеризират атомната структура на кристала от алуминиев триоксид. За да демонстрират своите лазерни способности, изследователите също така изпомпват оптично кристала с инфрачервена светлина от 806 nm. Този материал излъчва усилена светлина с дължина на вълната 1064 nm.
Чрез тестване изследователите също така показаха, че устойчивостта на термичен удар на бисмутов алуминий е 24 пъти по-висока от тази на водещия твърд лазерен усилващ материал Nd: YAG. Хавиер Гарей, професор по машиностроене, каза:" Това означава, че можем да изпомпваме този материал с повече енергия, преди материалът да се счупи, за да може да се използва за направата на по-мощни лазери."
В момента екипът работи върху разработването на нови лазери с този нов материал.