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材料加工技巧使工程师能够创造出新的激光材料_激光网|激光新闻|激光器|激光设备|半导体激光|光粒网-中国光电行业门户

时间:2018-07-25 来源: 人气:0
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摘要:通过掺杂氧化铝晶体和钕离子,工程师开发出一种能够发射超短,高功率脉冲的新型激光材料-这种组合可以产生更小,更强大的激光器,具有出色的抗热震性,宽可调性和高负荷循环。
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加州大学圣地亚哥分校的工程师通过掺杂钕离子的氧化铝晶体开发出一种能够发射超短,高功率脉冲的新型激光材料-这种组合可以产生更小,更强大的激光器耐热冲击性,宽可调性和高负载循环。
加州大学圣地亚哥分校的工程师通过掺杂钕离子的氧化铝晶体开发出一种能够发射超短,高功率脉冲的新型激光材料-这种组合可以产生更小,更强大的激光器耐热冲击性,宽可调性和高负载循环。
为了实现这一进步,工程师设计了新的材料加工策略,将高浓度的钕离子溶解到氧化铝晶体中。结果,钕-氧化铝激光增益介质,是激光材料研究领域的第一个。它的抗热冲击性能比领先的固态激光增益材料高24倍。
该研究发表在本月的光与科学与应用杂志上。该团队还将在8月19日至23日在圣地亚哥举行的2018年SPIE会议上展示他们的作品。
钕和氧化铝是当今最先进的固态激光材料中使用最广泛的两种元件。钕离子是一种发光原子,用于制造高功率激光器。氧化铝晶体是一种用于发光离子的主体材料,可以产生具有超短脉冲的激光。氧化铝晶体还具有高抗热冲击性的优点,这意味着它们可以承受温度的快速变化和高热负荷。
然而,将钕和氧化铝结合以制备激光介质具有挑战性。问题是它们的大小不相容。氧化铝晶体通常含有钛或铬等小离子。钕离子太大-它们通常位于称为钇铝石榴石(YAG)的晶体内。
到目前为止,不可能将足够量的钕掺入氧化铝基质中。我们想出了一种方法来制造钕-氧化铝激光材料,它结合了两者的优点:高功率密度,超短脉冲和卓越耐热冲击,加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院机械工程系教授JavierGaray说。
将更多的钕塞入氧化铝中
制备钕-氧化铝混合物的关键是通过快速加热和冷却两种固体。传统上,研究人员通过用另一种材料熔化氧化铝来掺杂氧化铝,然后缓慢冷却混合物使其结晶。然而,这个过程太慢而不能使用钕离子作为掺杂剂-它们在结晶时基本上会从氧化铝主体中被踢出,第一作者,Garay研究小组的博士后研究员EliasPenilla解释道。所以他的解决方案是加快加热和冷却步骤,以防止钕离子逃逸。
新工艺包括以每分钟300℃的速度快速加热氧化铝和钕粉末的加压混合物,直至达到1260℃。这足以将高浓度的钕溶解到氧化铝晶格中。将固溶体在该温度下保持5分钟,然后以每分钟300℃的速度快速冷却。
研究人员使用X射线衍射和电子显微镜表征了钕-氧化铝晶体的原子结构。为了展示激光能力,研究人员用红外光(806nm)光学泵浦晶体。该材料在1064nm的较低频率红外光下发射放大的光(增益)。
在测试中,研究人员还表明,钕-氧化铝的抗热震性比领先的固态激光增益材料钕-YAG高24倍。这意味着我们可以在裂缝之前用更多能量泵送这种材料,这就是为什么我们可以用它来制造更强大的激光器,Garay说。
该团队正在研究用新材料制造激光器。这将需要更多的工程工作。我们的实验表明,这种材料将起到激光作用,基础物理学就在那里,Garay说。
这项工作得到了陆军研究办公室管理的高能激光联合技术办公室的支持。
【光粒网综合报道】(责任编辑:xuji)
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