Aquecimento e resfriamento rápidos - cientistas desenvolvem novos materiais de ganho de laser
É relatado que os pesquisadores da Universidade da Califórnia, San Diego (UCSD) desenvolveram um novo material de laser - cristais de alumina dopados com Nd, capazes de emitir pulsos de alta potência ultracurtos (teoricamente tão baixos quanto 7,7 fs), disponíveis para a produção de lasers menores e mais potentes com excelente resistência ao choque térmico.
Para conseguir isso, os engenheiros desenvolveram uma nova estratégia de processamento de materiais para dissolver altas concentrações de íons de bário nos cristais de alumina. Finalmente, foi produzido o primeiro meio de ganho de laser de ítrio-alumina no campo de pesquisa de materiais a laser.
Nd (dopante) e alumina (material hospedeiro) são os dois componentes mais amplamente usados dos materiais de laser de estado sólido mais avançados do' No entanto, a combinação de Nd e alumina para preparar mídia de laser apresenta desafios significativos: seu tamanho é incompatível. Os cristais de alumina geralmente contêm pequenos íons, como titânio ou cromo, enquanto os íons de Nd são muito volumosos.
A chave para preparar uma mistura de cério-alumina é o rápido aquecimento e resfriamento dos dois sólidos. Tradicionalmente, os pesquisadores têm feito alumina dopada derretendo-a com outro material e, em seguida, resfriando lentamente a mistura para cristalizá-la. Elias Penilla, um pesquisador de pós-doutorado, disse:" No entanto, este processo é muito lento para usar íons de estrôncio como dopantes porque eles tendem a ser retirados do corpo de alumina durante a cristalização." Portanto, sua solução é acelerar as etapas de aquecimento e resfriamento. Para evitar que os íons Nd escapem.
O novo processo envolve o aquecimento rápido de uma mistura pressurizada de alumina e pó de cério a uma taxa de 300 ° C / min até atingir 1260 ° C. Esta temperatura é suficiente para dissolver uma alta concentração de cério na estrutura do cristal de alumina. A solução sólida foi mantida a esta temperatura durante 5 minutos e depois rapidamente arrefecida a uma taxa de 300 ° C / min. Os pesquisadores usaram difração de raios-X e microscopia eletrônica para caracterizar a estrutura atômica do cristal de alumina de ítrio. Para demonstrar suas capacidades de laser, os pesquisadores também bombearam opticamente o cristal com luz infravermelha de 806 nm. Este material emite luz amplificada com comprimento de onda de 1064 nm.
Por meio de testes, os pesquisadores também mostraram que a resistência ao choque térmico da alumina de bismuto é 24 vezes maior do que a do principal material de ganho de laser de estado sólido Nd: YAG. Javier Garay, professor de engenharia mecânica, disse:" Isso significa que podemos bombear esse material com mais energia antes que ele se quebre, para que possa ser usado para fazer lasers mais poderosos."
A equipe está atualmente trabalhando no desenvolvimento de novos lasers com este novo material.