急速な加熱と冷却 - 科学者は、新しいレーザーゲイン材料を開発
カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)の研究者は、超短い(理論的には7.7 fsの低い)、高出力パルスを放出することができる新しいレーザー材料を開発したと報告されています。
これを達成するために、エンジニアは高濃度のバリウムイオンをアルミナ結晶に溶解させる新しい材料処理戦略を考案しました。最後に、レーザー材料研究の分野で最初のイットリウムアルミナレーザーゲイン培地が生成されました。
Nd(ドーパント)とアルミナ(ホスト材料)は、今日の最も先進的な固体レーザー材料の2つの最も広く使用されているコンポーネントです。しかし、レーザーメディアを準備するためのNdとアルミナの組み合わせは、大きな課題を提示します:そのサイズは互換性がありません。アルミナ結晶は通常、チタンやクロムなどの小さなイオンを含み、Ndイオンはかさばりすぎている。
セリウムアルミナ混合物を調製するための鍵は、2つの固体の急速な加熱と冷却です。伝統的に、研究者は別の材料とそれを溶かすことによってドープアルミナを作り、それを結晶化するためにゆっくりと混合物を冷却しました。博士研究員のエリアス・ペニラ氏は、「しかし、このプロセスは、結晶化中にアルミナ体から剥がされる傾向があるため、ストロンチウムイオンをドーパントとして使用するには遅すぎます」と述べています。だから彼の解決策は、加熱と冷却のステップをスピードアップすることです。Ndイオンが逃げるのを防ぐために。
新しいプロセスは、1260°Cに達するまで300°C/分の速度でアルミナとセリウム粉末の加圧混合物を迅速に加熱することを含む。 この温度は、高濃度のセリウムをアルミナ結晶格子に溶解するのに十分である。この固体溶液をこの温度で5分間保持し、300°C/分の速度で急速に冷却した。研究チームは、X線回折と電子顕微鏡を用いて、イットリウムアルミナ結晶の原子構造を特徴付けた。レーザー能力を実証するために、研究者はまた、806 nmの赤外線で結晶を光学的にポンピングしました。この材料は1064 nmの波長の増幅された光を放出する。
試験を通じて、研究者はまた、ビスマスアルミナの熱衝撃抵抗が主要な固体レーザーゲイン材料Nd:YAGのそれよりも24倍高いことを示しました。機械工学のハビエル・ガライ教授は、「これは、材料が壊れる前により多くのエネルギーでこの材料をポンプで送り込むことができることを意味し、より強力なレーザーを作るために使用することができます」と述べています。
チームは現在、この新しい材料で新しいレーザーの開発に取り組んでいます。