گرمایش و خنک سازی سریع - دانشمندان مواد جدیدی را برای به دست آوردن لیزر تولید می کنند
گزارش شده است که محققان دانشگاه کالیفرنیا ، سان دیگو (UCSD) یک ماده لیزر جدید تولید کرده اند - بلورهای آلومینای Nd-doped ، قادر به انتشار پالس های بسیار کوتاه (از نظر تئوریک پایین 7.7 fs) ، قدرت بالا ، موجود برای تولید لیزرهای قدرتمندتر و کوچکتر با مقاومت در برابر شوک حرارتی عالی.
برای دستیابی به این هدف ، مهندسان استراتژی جدیدی برای پردازش مواد در نظر گرفته اند تا غلظت های بالای یون های باریم را در بلورهای آلومینا حل کنند. سرانجام ، اولین محیط کسب لیزر آلومینا ایتریوم در زمینه تحقیقات مواد لیزر تولید شد.
Nd (دوپانت) و آلومینا (ماده میزبان) دو جز most پرکاربرد امروزه پیشرفته ترین مواد لیزر حالت جامد&# 39 هستند. با این حال ، ترکیب Nd و آلومینا برای تهیه محیط لیزر چالش های قابل توجهی را به وجود می آورد: اندازه آنها ناسازگار است. کریستال های آلومینا معمولاً حاوی یون های کوچکی مانند تیتانیوم یا کروم هستند ، در حالی که یون های Nd بسیار حجیم هستند.
کلید تهیه مخلوط آلومینای سریم گرم شدن و خنک سازی سریع دو ماده جامد است. به طور سنتی ، محققان آلومینای دوپ شده را با ذوب کردن آن با ماده دیگری ، و سپس مخلوط کردن به آرامی برای تبلور ساختند. الیاس پنیلا ، یک محقق فوق دکترا ، گفت:" ؛ با این حال ، استفاده از یون های استرانسیم به عنوان دوپانت این روند بسیار کند است زیرا آنها در هنگام تبلور از بدن آلومینا خارج می شوند."؛ بنابراین راه حل او سرعت بخشیدن به مراحل گرمایش و سرمایش است. برای جلوگیری از فرار یون های Nd.
فرآیند جدید شامل گرم شدن سریع مخلوط تحت فشار پودر آلومینا و سریم با سرعت 300 درجه در دقیقه تا رسیدن به 1260 درجه سانتیگراد است. این دما برای حل شدن غلظت بالای سریم در شبکه کریستال آلومینا کافی است. محلول جامد به مدت 5 دقیقه در این دما نگه داشته شد و سپس با سرعت 300 درجه سانتیگراد در دقیقه به سرعت خنک شد. محققان از پراش اشعه X و میکروسکوپ الکترونی برای توصیف ساختار اتمی بلور آلومینای ایتریوم استفاده کردند. محققان برای نشان دادن قابلیت های لیزری آن ، کریستال را با نور مادون قرمز 806 نانومتر نیز به صورت نوری پمپ کردند. این ماده نور تقویت شده با طول موج 1064 نانومتر را ساطع می کند.
از طریق آزمایش ، محققان همچنین نشان دادند که مقاومت در برابر شوک حرارتی آلومینای بیسموت 24 برابر بیشتر از ماده جامد منجر به افزایش لیزر Nd: YAG است. خاویر گارای ، استاد مهندسی مکانیک ، گفت:"؛ این بدان معنی است که ما می توانیم این ماده را با انرژی بیشتری قبل از شکستن مواد پمپ کنیم ، تا بتوان از آن برای ساخت لیزرهای قدرتمندتر استفاده کرد."؛
این تیم در حال حاضر روی ساخت لیزرهای جدید با این ماده جدید کار می کند.