Escalfament ràpid i refrigeració - Els científics desenvolupen nous materials de guany làser
S'ha informat que els investigadors de la Universitat de Califòrnia, San Diego (UCSD) han desenvolupat un nou material làser - Cristalls d'alúmina Nd-doped, capaç d'emetre ultra-curt (teòricament tan baix com 7.7 fs), polsos d'alta potència, disponibles per a la producció de làsers més petits i potents amb excel·lent resistència al xoc tèrmic.
Per aconseguir-ho, els enginyers han ideat una nova estratègia de processament de materials per dissoldre altes concentracions d'ions de bari en els cristalls d'alúmina. Finalment, es va produir el primer mitjà de guany làser d'alúmina yttrium en el camp de la investigació de materials làser.
Nd (dopant) i alúmina (material hoste) són els dos components més utilitzats dels materials làser d'estat sòlid més avançats d'avui. No obstant això, la combinació de Nd i alúmina per preparar els mitjans làser presenta reptes significatius: la seva mida és incompatible. Els cristalls d'alúmina solen contenir petits ions com el titani o el crom, mentre que els ions de Nd són massa voluminosos.
La clau per preparar una barreja d'alúmina cerium és l'escalfament ràpid i el refredament dels dos sòlids. Tradicionalment, els investigadors han fet alúmina doped fonent-la amb un altre material, i després refredant lentament la barreja per cristal·litzar-la. Elias Penilla, investigador postdoctoral, va dir: "No obstant això, aquest procés és massa lent per utilitzar els ions d'estronci com a dopants perquè tendeixen a ser desposseïts del cos d'alúmina durant la cristal·lització". Així que la seva solució és accelerar els passos de calefacció i refrigeració. Per evitar que els ions s'escapin.
El nou procés consisteix a escalfar ràpidament una barreja pressuritzada d'alúmina i cerium en pols a una velocitat de 300 ° C / min fins arribar a 1260 ° C. Aquesta temperatura és suficient per dissoldre una alta concentració de cerium a la gelosia de cristall d'alúmina. La solució sòlida es va mantenir a aquesta temperatura durant 5 minuts i després es va refredar ràpidament a una velocitat de 300 ° C / min. Els investigadors van utilitzar difracció de raigs X i microscòpia electrònica per caracteritzar l'estructura atòmica del cristall d'alúmina yttrium. Per demostrar les seves capacitats làser, els investigadors també van bombar òpticament el cristall amb 806 nm de llum infraroja. Aquest material emet llum amplificada amb una longitud d'ona de 1064 nm.
A través de les proves, els investigadors també van mostrar que la resistència al xoc tèrmic de l'alúmina de bismuth és 24 vegades superior a la del material líder en làser d'estat sòlid Nd:YAG. Javier Garay, professor d'enginyeria mecànica, va dir: "Això vol dir que podem bombar aquest material amb més energia abans que es trenqui el material, de manera que es pugui utilitzar per fer làsers més potents".
Actualment, l'equip està treballant en el desenvolupament de nous làsers amb aquest nou material.