חימום וקירור מהירים - מדענים מפתחים חומרי רווח לייזר חדשים
דווח כי אוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו (UCSD) חוקרים פיתחו חומר לייזר חדש - גבישי אלומינה Nd-מסומם, מסוגל לפלוט אולטרה קצר (תיאורטית נמוך כמו 7.7 fs), פולסים בהחזקה גבוהה, זמין לייצור של לייזרים קטנים יותר, חזק יותר עם התנגדות הלם תרמי מעולה.
כדי להשיג זאת, מהנדסים פיתחו אסטרטגיית עיבוד חומרים חדשה כדי להמיס ריכוזים גבוהים של יונים barium לתוך גבישי אלומיניום. לבסוף, הראשון yttrium אלומינה אלומיניום להשיג בינוני בתחום של מחקר חומרי לייזר הופק.
Nd (dopant) ואלומינה (חומר מארח) הם שני הרכיבים הנפוצים ביותר של חומרי לייזר מצב מוצק המתקדמים ביותר של היום. עם זאת, השילוב של Nd ואלומינה להכנת מדיה לייזר מציב אתגרים משמעותיים: גודלם אינו תואם. גבישי אלומינה מכילים בדרך כלל יונים קטנים כגון טיטניום או כרום, בעוד יונים Nd הם מגושם מדי.
המפתח להכנת תערובת אלומיניום סריום הוא חימום וקירור מהירים של שני מוצקים. באופן מסורתי, החוקרים עשו אלומינה מסוממת על ידי המסתו עם חומר אחר, ולאחר מכן לאט לקרר את התערובת כדי לגבש אותו. אליאס Penilla, חוקר פוסט דוקטורט, אמר: "עם זאת, תהליך זה הוא איטי מדי להשתמש יונים סטרונציום כמו dopants כי הם נוטים להיות הפשיטו מגוף האלומיניום במהלך התגבשות." אז הפתרון שלו הוא להאיץ את צעדי החימום והקירור. כדי למנוע מיונים לברוח.
התהליך החדש כרוך בחימום מהיר של תערובת מוברשת של אבקת אלומינה סריום בקצב של 300 ° C/min עד שהגיע ל-1260 °C. טמפרטורה זו מספיקה כדי להמיס ריכוז גבוה של סריום לתוך סריג גביש אלומינה. הפתרון המוצק הוחזק בטמפרטורה זו במשך 5 דקות ולאחר מכן התקרר במהירות בקצב של 300 ° C/min. החוקרים השתמשו בפער קרני רנטגן ומיקרוסקופאלקטרונים כדי לאפיין את המבנה האטומי של גביש אלומינה yttrium. כדי להדגים את יכולות הלייזר שלה, החוקרים גם שאבו אופטית את הגביש עם אור אינפרא אדום 806 צפון צפון. חומר זה פולט אור מוגבר עם אורך גל של 1064 000 000 00:00.
באמצעות בדיקות, החוקרים הראו גם כי ההתנגדות הלם תרמי של אלומינה bismuth הוא 24 פעמים גבוה יותר מזה של החומר המוביל לייזר מצב מוצק רווח Nd:YAG. חוויאר Garay, פרופסור להנדסת מכונות, אמר: "זה אומר שאנחנו יכולים לשאוב את החומר הזה עם יותר אנרגיה לפני שהחומר נשבר, כך שהוא יכול לשמש כדי להפוך לייזרים חזקים יותר."
הצוות עובד כעת על פיתוח לייזרים חדשים עם החומר החדש הזה.