NUEVAS ESTRATEGIAS DE PROCESAMIENTO DE MATERIALES PERMITEN CREAR UN NUEVO MATERIAL LÁSER (10/18)
Al dopar cristales de alúmina con iones de neodimio, los ingenieros de la universidad de California, en San Diego, han desarrollado un nuevo material que es capaz de emitir pulsos ultracortos de alta potencia. Una combinación que podría producir láseres más pequeños y potentes con resistencia al choque térmico y ciclos de alto rendimiento.
Para lograr esta técnica, los ingenieros idearon nuevas estrategias de procesamiento de materiales consistentes en disolver altas concentraciones de iones de neodimio-alúmina en cristales de alúmina. Como resultado, el primer láser desarrollado a partir de neodimio-alúmina.
Sin embargo, combinar neodimio y alúmina para hacer un láser es un problema debido a su incompatibilidad de tamaños. Los cristales de alúmina suelen contener pequeños iones como el titanio o el cromo, mientras que los iones de neodimio, en cambio, son demasiado grandes y normalmente están alojados dentro de un cristal denominado como granate de itrio y aluminio (YAG).
La clave para hacer el híbrido de neodimio-alúmina estuvo en calentar y enfriar los dos sólidos de forma conjunta. En el proceso habitual, se dopa la alúmina fundiéndola con otro material para luego enfriar la mezcla lentamente mientras se cristaliza. Puesto que este proceso es demasiado lento para trabajar con los iones de neodimio como dopante, y, esencialmente serían expulsados de la alúmina mientras se cristaliza, la solución fue acelerar las fases de calentamiento y enfriamiento lo suficientemente rápido como para evitar que los iones de neodimio escapen.
Este nuevo proceso implica calentar rápidamente una mezcla presurizada de polvos de alúmina y neodimio a una velocidad de 300 °C por minuto hasta que alcanza 1260 °C. Esto es lo suficientemente caliente como para “disolver” una alta concentración de neodimio en la red de alúmina. La solución sólida se mantiene a esa temperatura durante cinco minutos y luego se enfría rápidamente, también a una velocidad de 300 °C por minuto.
Para demostrar la capacidad de láser, los investigadores bombearon ópticamente los cristales con luz infrarroja (806 nm), y el material emitió luz amplificada a una frecuencia de 1,064 nm, más baja que la de la luz infrarroja.
En las pruebas, también se demostró que la alúmina de neodimio tiene una resistencia al choque térmico 24 veces mayor que uno de los principales materiales de ganancia de láser en estado sólido, el neodimio YAG.
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Los láseres YAG a menudo se comparan con los láseres de fibra (fibras sólidas de vidrio extraídas de SiO2 como material de matriz). En la elección del láser, debemos considerar varios parámetros y sus necesidades reales, para que el láser alcance su máximo rendimiento. De hecho, en China, cada vez se aplican más aplicaciones a los láseres de fibra.
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