新しいレーザー利得材料- 急速加熱および冷却

カリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）の研究者が、超短パルス（理論的には7.7 fsという低出力）の高出力パルスを利用可能な新しいレーザー材料、Ndドープアルミナ結晶を開発したことが報告されています。優れた耐熱衝撃性を備えた、より小型で強力なレーザーの製造に。

これを達成するために、エンジニアは高濃度のセリウムイオンをアルミナ結晶に溶解するための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利得媒質が製造されました。

 

Ｎｄ（ドーパント）およびアルミナ（ホスト材料）は、今日の最先端の固体レーザ材料のうち最も広く使用されている２つの成分である。しかしながら、Ｎｄとアルミナを組み合わせてレーザー媒体を調製することは大きな課題を提示する：それらのサイズは相容れない。アルミナ結晶は通常チタンやクロムのような小さなイオンを含んでいますが、Ndイオンはかさばっています。

セリウムアルミナ混合物を調製するための鍵は、２つの固体を急速に加熱および冷却することである。伝統的に、研究者たちはドープアルミナを他の材料と一緒に溶融させ、それから混合物をゆっくり冷却して結晶化させることによってドープアルミナを作ってきました。ポスドク研究員のエリアス・ペニラ氏は、「ストロンチウムイオンを結晶化中にアルミナから除去する傾向があるため、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る」と語った。したがって、彼の解決策は加熱および冷却工程をスピードアップすることである。痰イオンの漏出を防ぐため。

新しい方法は、アルミナとセリウム粉末の加圧混合物を１２６０℃に達するまで３００℃／分の速度で急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させるのに十分な温度である。固溶体をこの温度で５分間保持し、次いで３００℃／分の速度で急冷した。研究者たちは、X線回折と電子顕微鏡を使って、イットリウムアルミナ結晶の原子構造を評価しました。そのレーザー能力を実証するために、研究者達はまた、806 nmの赤外光で結晶を光学的に励起しました。この材料は、１０６４ｎｍの波長を有する増幅光を放出する。

試験を通して、研究者らはまた、ビスマスアルミナの耐熱衝撃性が主要な固体レーザー利得材料Nd：YAGのそれよりも24倍高いことを示した。機械工学教授のJavier Garay氏は、次のように指摘しています。「これは、材料が破損する前にこの材料をより多くのエネルギーでポンピングできることを意味します。

チームは現在、この新しい材料を使った新しいレーザーの開発に取り組んでいます。