التسخين والتبريد السريع - يطور العلماء مواد جديدة لاكتساب الليزر
يُذكر أن باحثي جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو (UCSD) قد طوروا مادة ليزر جديدة - بلورات الألومينا Nd-doped ، القادرة على إصدار نبضات قصيرة جدًا (منخفضة من الناحية النظرية تصل إلى 7.7 fs) ، نبضات عالية الطاقة ، متاحة لـ إنتاج ليزر أصغر وأكثر قوة مع مقاومة ممتازة للصدمات الحرارية.
لتحقيق ذلك ، ابتكر المهندسون إستراتيجية جديدة لمعالجة المواد لإذابة تركيزات عالية من أيونات الباريوم في بلورات الألومينا. أخيرًا ، تم إنتاج أول وسيط اكتساب ليزر الإيتريوم ألومينا في مجال أبحاث مواد الليزر.
Nd (dopant) والألومينا (مادة مضيفة) هما المكونان الأكثر استخدامًا لمواد ليزر الحالة الصلبة الأكثر تقدمًا في&اليوم. ومع ذلك ، فإن الجمع بين Nd والألومينا لإعداد وسائط الليزر يمثل تحديات كبيرة: حجمها غير متوافق. تحتوي بلورات الألومينا عادةً على أيونات صغيرة مثل التيتانيوم أو الكروم ، بينما تكون أيونات Nd ضخمة جدًا.
المفتاح لتحضير خليط ألومينا السيريوم هو التسخين السريع والتبريد للمواد الصلبة. تقليديا ، صنع الباحثون الألومينا المخدر عن طريق صهرها مع مادة أخرى ، ثم تبريد الخليط ببطء لتبلوره. قال إلياس بينيلا ، باحث ما بعد الدكتوراه:&مثل ؛ ومع ذلك ، فإن هذه العملية بطيئة للغاية لاستخدام أيونات السترونتيوم كمشبات لأنها تميل إلى أن يتم تجريدها من جسم الألومينا أثناء التبلور.&مثل ؛ لذا فإن حله هو تسريع خطوات التدفئة والتبريد لمنع الأيونات من الهروب.
تتضمن العملية الجديدة تسخين خليط مضغوط سريعًا من الألومينا ومسحوق السيريوم بمعدل 300 درجة مئوية / دقيقة حتى تصل إلى 1260 درجة مئوية. درجة الحرارة هذه كافية لإذابة تركيز عالٍ من السيريوم في شبكة بلورية الألومينا. تم تعليق المحلول الصلب عند درجة الحرارة هذه لمدة 5 دقائق ثم تم تبريده بسرعة بمعدل 300 درجة مئوية / دقيقة. استخدم الباحثون حيود الأشعة السينية والمجهر الإلكتروني لوصف التركيب الذري لبلورة الإيتريوم الألومينا. لإثبات قدرات الليزر ، قام الباحثون أيضًا بضخ البلورة بصريًا باستخدام ضوء الأشعة تحت الحمراء 806 نانومتر. تصدر هذه المادة ضوءًا مضخمًا بطول موجة يبلغ 1064 نانومتر.
من خلال الاختبار ، أظهر الباحثون أيضًا أن مقاومة الصدمة الحرارية لألومينا البزموت أعلى بـ 24 مرة من مقاومة مادة اكتساب ليزر الحالة الصلبة الرائدة Nd: YAG. قال Javier Garay ، أستاذ الهندسة الميكانيكية:" ؛ هذا يعني أنه يمكننا ضخ هذه المادة بمزيد من الطاقة قبل أن تنكسر المادة ، بحيث يمكن استخدامها لصنع ليزر أكثر قوة.&مثل ؛
يعمل الفريق حاليًا على تطوير ليزر جديد باستخدام هذه المادة الجديدة.