Snelle verwarming en koeling - Wetenschappers ontwikkelen nieuwe laser gain materialen
Er wordt gemeld dat de Universiteit van Californië, San Diego (UCSD) onderzoekers hebben een nieuwe laser materiaal ontwikkeld - Nd-doped aluminiumoxide kristallen, in staat uit te zenden ultra-kort (theoretisch zo laag als 7,7 fs), high-power pulsen, beschikbaar voor de productie van kleinere, krachtigere lasers met een uitstekende thermische schokbestendigheid.
Om dit te bereiken, ingenieurs hebben een nieuwe materiaalverwerkingsstrategie bedacht om hoge concentraties bariumionen op te lossen in de aluminiumoxidekristallen. Ten slotte werd het eerste yttrium aluminiumoxide laser gain medium op het gebied van lasermateriaal onderzoek geproduceerd.
Nd (dopant) en aluminiumoxide (gastheermateriaal) zijn de twee meest gebruikte componenten van de meest geavanceerde solid-state lasermaterialen van vandaag. Echter, de combinatie van Nd en aluminiumoxide voor te bereiden laser media brengt aanzienlijke uitdagingen: hun grootte is onverenigbaar. Aluminiumoxide kristallen bevatten meestal kleine ionen zoals titanium of chroom, terwijl Nd ionen zijn te omvangrijk.
De sleutel tot de voorbereiding van een cerium aluminiumoxide mengsel is snelle verwarming en koeling van de twee vaste stoffen. Traditioneel, onderzoekers hebben gedrogeerd aluminiumoxide gemaakt door het smelten met een ander materiaal, en dan langzaam koelen van het mengsel om het te kristalliseren. Elias Penilla, een postdoctoraal onderzoeker, zei: "Echter, dit proces is te traag om strontium ionen te gebruiken als dopants, omdat ze de neiging om te worden ontdaan van de aluminiumoxide lichaam tijdens kristallisatie." Zijn oplossing is dus om de verwarmings- en koelstappen te versnellen. Om te voorkomen dat Nd ionen ontsnappen.
Het nieuwe proces omvat het snel verwarmen van een onder druk gebracht mengsel van aluminiumoxide en ceriumpoeder met een snelheid van 300 ° C/min tot 1260 °C. Deze temperatuur is voldoende om een hoge concentratie cerium op te lossen in het aluminiumoxidekristalrooster. De vaste oplossing werd 5 minuten op deze temperatuur gehouden en vervolgens snel gekoeld met een snelheid van 300 ° C/min. De onderzoekers gebruikten röntgendiffractie en elektronenmicroscopie om de atoomstructuur van het yttrium aluminiumoxidekristal te karakteriseren. Om zijn lasermogelijkheden aan te tonen, pompten de onderzoekers het kristal ook optisch met 806 nm infrarood licht. Dit materiaal zendt versterkt licht uit met een golflengte van 1064 nm.
Door middel van testen, de onderzoekers toonden ook aan dat de thermische schokbestendigheid van bismut aluminiumoxide is 24 keer hoger dan die van de toonaangevende solid-state laser gain materiaal Nd: YAG. Javier Garay, een professor in de werktuigbouwkunde, zei: "Dit betekent dat we dit materiaal met meer energie kunnen pompen voordat het materiaal breekt, zodat het kan worden gebruikt om krachtigere lasers te maken."
Het team werkt momenteel aan de ontwikkeling van nieuwe lasers met dit nieuwe materiaal.