Методы обработки позволили создать новый лазерный материал

Нанеся на кристаллы оксида алюминия ионы неодима, инженеры из Калифорнийского университета Сан-Диего создали новый лазерный материал, способный излучать сверхкороткие, высокомощные импульсы.

Такая комбинация может привести к созданию более компактных, мощных лазеров с высокой стойкостью к термическому удару, широким спектром настроек и высокопроизводительными циклами, сообщает eurekalert.org. Для получения таких характеристик инженеры задействовали новые стратегии разработки материалов, позволяющие растворить большую концентрацию ионов неодима в кристаллах из оксида алюминия. В результате была синтезирована первая в своем роде структура для усиления лазера. Ее стойкость к термическому удару в 24 раза выше, чем у лучших из существующих твердых материалов такого типа.

Выводы проекта опубликованы в Light: Science & Applications. Команда также представит свое исследование на конференции SPIE, проходящей 19-23 августа в Сан-Диего.

Неодим и оксид алюминия – наиболее распространенные компоненты современных твердых лазерных материалов. Ионы первого усиливают луч, а второй позволяет получать сверхкороткие импульсы. Но соединить компоненты для получения генерирующей среды сложно из-за несоответствия размеров. Кристаллы окиси алюминия обычно содержат мелкие ионы, вроде титана и хрома. Неодим слишком большой и традиционно находится в алюмоиттриевом гранате (АИГ).

«До сегодняшнего дня было невозможно ввести значительное количество вещества в матрицу из оксида алюминия. Мы нашли способ создать лазерный материал, сочетающий лучшие свойства: высокую плотность энергии, сверхкороткие импульсы и невероятную устойчивость к термическому удару», — сказал профессор Хавьер Гарай.

Ключом к синтезу гибрида оказался быстрый нагрев и охлаждение твердых компонентов. Традиционный медленный метод приводил к отторжению неодима при кристаллизации оксида алюминия, отметил первый автор работы, Элиас Пенила. Спрессованная смесь порошков нагревается со скоростью 300°С до 1260°С. Этого достаточно для «растворения» большого количества неодима в алюминиевый решетке. Смесь находится при этой температуре 5 минут, затем охлаждается с той же скоростью.

При попадании на материал инфракрасного луча с длиной волны 806 нм, он выдавал усиленный импульс (1064 нм) на меньшей частоте. Сейчас команда занимается разработкой лазера на основе новой структуры.