캘리포니아 대학, 샌디에고 (UCSD) 연구원은 새로운 레이저 물질을 개발한 것으로 보고된다 - Nd-doped 알루미나 크리스탈, 초짧은 방출 할 수있는 (이론적으로 낮은 7.7 fs), 고전력 펄스, 우수한 열 충격 저항과 더 작고 더 강력한 레이저의 생산을 위해 사용할 수.

이를 위해 엔지니어들은 고농도의 바륨 이온을 알루미나 크리스탈로 용해하는 새로운 재료 처리 전략을 고안했습니다. 마지막으로, 레이저 재료 연구 분야에서 최초의 yttrium 알루미나 레이저 게인 배지가 생성되었다.

Nd(도펀트)와 알루미나(호스트 재료)는 오늘날 가장 진보된 고체 레이저 소재의 가장 널리 사용되는 두 가지 구성 요소입니다. 그러나, 레이저 미디어를 준비하는 Nd와 알루미나의 조합은 중요한 도전을 제시한다 : 그들의 크기는 호환되지 않습니다. 알루미나 크리스탈은 일반적으로 티타늄이나 크롬과 같은 작은 이온을 포함하고 있으며, Nd 이온은 너무 부피가 큽습니다.

세륨 알루미나 혼합물을 준비하는 열쇠는 두 고형물의 급속한 가열 및 냉각입니다. 전통적으로, 연구원은 다른 물질로 녹여서 알루미나를 만든 다음 천천히 혼합물을 냉각하여 결정화했습니다. Elias Penilla, 박사 후 연구원은 말했습니다: "그러나, 이 과정은 결정화 도중 알루미나 바디에서 박탈되는 경향이 있기 때문에 도팬츠로 스트론튬 이온을 사용하기에는 너무 느립니다." 그래서 그의 해결책은 가열 및 냉각 단계의 속도를 높이는 것입니다. Nd 이온이 탈출하지 못하도록 합니다.

새로운 공정은 1260 °C에 도달 할 때까지 300 ° C / 분의 속도로 알루미나와 세륨 분말의 가압 혼합물을 빠르게 가열하는 것을 포함한다. 이 온도는 알루미나 결정 격자에 세륨의 높은 농도를 용해하기에 충분하다. 고체 용액은 이 온도에서 5분 동안 유지된 다음 300° C/min의 속도로 빠르게 냉각되었습니다. 연구원은 yttrium 알루미나 결정의 원자 구조를 특성화하기 위하여 엑스레이 회절 및 전자 현미경 검사를 이용했습니다. 레이저 기능을 입증하기 위해 연구원들은 806nm 적외선으로 크리스탈을 광학적으로 펌핑했습니다. 이 물질은 1064 nm의 파장으로 증폭 된 빛을 방출합니다.

테스트를 통해, 연구원은 또한 비스무트 알루미나의 열 충격 저항이 주요 고체 레이저 게인 물질 Nd:YAG의 그보다 24 배 높다는 것을 보여주었습니다. 하비에르 가레이 기계 공학 교수는 "이것은 우리가 재료가 고장나기 전에 더 많은 에너지로 이 물질을 펌핑할 수 있다는 것을 의미하므로 더 강력한 레이저를 만드는 데 사용할 수 있습니다."