Calefacción y refrigeración rápidas - Los científicos desarrollan nuevos materiales de ganancia láser
Se informa que los investigadores de la Universidad de California, San Diego (UCSD) han desarrollado un nuevo material láser - cristales de alúmina dopados Nd, capaces de emitir ultra-corto (teóricamente tan bajo como 7.7 fs), pulsos de alta potencia, disponibles para la producción de láseres más pequeños y potentes con excelente resistencia a los golpes térmicos.
Para lograrlo, los ingenieros han ideado una nueva estrategia de procesamiento de materiales para disolver altas concentraciones de iones de bario en los cristales de alúmina. Finalmente, se produjo el primer medio de ganancia láser de yttrium alúmina en el campo de la investigación de materiales láser.
Nd (dopant) y alúmina (material anfitrión) son los dos componentes más utilizados de los materiales láser de estado sólido más avanzados de la actualidad. Sin embargo, la combinación de Nd y alúmina para preparar medios láser presenta desafíos significativos: su tamaño es incompatible. Los cristales de alúmina generalmente contienen iones pequeños como titanio o cromo, mientras que los iones Nd son demasiado voluminosos.
La clave para preparar una mezcla de alúmina de cerio es el calentamiento y enfriamiento rápido de los dos sólidos. Tradicionalmente, los investigadores han hecho alúmina dopada derritiéndola con otro material, y luego enfriando lentamente la mezcla para cristalizarla. Elias Penilla, investigador postdoctoral, dijo: "Sin embargo, este proceso es demasiado lento para usar iones de estroncio como dopantes porque tienden a ser despojados del cuerpo de alúmina durante la cristalización." Así que su solución es acelerar los pasos de calefacción y refrigeración. Para evitar que los iones Nd escapen.
El nuevo proceso consiste en calentar rápidamente una mezcla presurizada de alúmina y polvo de cerio a una velocidad de 300oC/min hasta alcanzar los 1260oC. Esta temperatura es suficiente para disolver una alta concentración de cerio en la celosía de cristal de alúmina. La solución sólida se mantuvo a esta temperatura durante 5 minutos y luego se enfrió rápidamente a una velocidad de 300 oC/min. Los investigadores utilizaron la difracción de rayos X y la microscopía electrónica para caracterizar la estructura atómica del cristal de yttrium alúmina. Para demostrar sus capacidades láser, los investigadores también bombearon ópticamente el cristal con luz infrarroja de 806 nm. Este material emite luz amplificada con una longitud de onda de 1064 nm.
A través de pruebas, los investigadores también demostraron que la resistencia a los golpes térmicos de la alúmina de bismuto es 24 veces mayor que la del material líder de ganancia láser de estado sólido Nd:YAG. Javier Garay, profesor de ingeniería mecánica, dijo: "Esto significa que podemos bombear este material con más energía antes de que se rompa el material, para que pueda ser utilizado para hacer láseres más potentes".
El equipo está trabajando actualmente en el desarrollo de nuevos láseres con este nuevo material.