Un confronto dello spettro di emissione laser tra il materiale commerciale standard (in alto) e il materiale HIP (in basso). I due grafici hanno la stessa potenza laser (area sotto le curve) e il materiale HIP è spettralmente molto, molto più luminoso. Credito:Ufficio del programma di trasferimento tecnologico dell'aeronautica
I produttori di materiali ottici hanno ora l'opportunità di concedere in licenza un metodo di produzione rivoluzionario per i materiali ottici solidi drogati.
Sviluppato dai dott. Gary Cook e Ronald Stites della direzione dei sensori presso il laboratorio di ricerca dell'aeronautica, il nuovo metodo utilizza la pressatura isostatica a caldo (HIP) per guidare la diffusione degli ioni dei metalli di transizione nei cristalli ospiti del laser calcogenuro come il cromo (Cr), Ferro (Fe), Cobalto (Co) o Nichel (Ni) in Seleniuro di Zinco (ZnSe).
"Questo nuovo metodo fa due cose, " disse Cook. "In primo luogo, converte la qualità del materiale laser in un nuovo stato che consente agli utenti di ottenere tutta la potenza dal laser senza preoccuparsi di quanto sia diventata stretta la larghezza della linea. Secondo, consente ai produttori di realizzare materiali laser di qualità superiore in modo molto rapido ed economico."
I cristalli drogati risultanti forniscono un aumento senza precedenti delle prestazioni rispetto ai metodi attuali e costi di produzione significativamente ridotti e un aumento della produzione. Per il caso di Cr:ZnSe, i cristalli prodotti utilizzando la tecnica hanno portato a velocità di diffusione di 5,48 E-8 cm2/s e risoluzione della larghezza di riga inferiore a 140 picometri (pm), pari a una diffusione 100 volte più veloce e una larghezza di riga 350 volte più stretta rispetto al Cr:ZnSe disponibile in commercio. I primi risultati con il seleniuro di zinco drogato con ferro (Fe:ZnSe) hanno prodotto risultati altrettanto promettenti, con una larghezza di riga misurata inferiore a 300 pm rispetto a 50 nanometri nel cristallo non trattato.
"Con i metodi esistenti, quando è richiesta una larghezza di linea stretta, sacrifichi una buona dose di potere, " disse Cuoco, "Il nuovo metodo consente una larghezza di linea molto ridotta ma nessuna perdita di potenza."
Il metodo fornisce un controllo controllato ed efficiente, diffusione post crescita cristallina tramite un processo in due fasi di deposizione per sputtering e pressatura isostatica a caldo. I cristalli cresciuti con deposizione di vapore chimico policristallino non drogato sono lucidati a qualità ottica, poi sputter ricoperto di Cr, Fe, o altro metallo di transizione prima di essere collocato direttamente in una camera HIP per il successivo trattamento HIP per facilitare la diffusione.
Questo semplice processo è facilmente scalabile per le operazioni batch e notevolmente più veloce rispetto agli attuali metodi di produzione che prevedono il trattamento termico sotto vuoto fino a settimane alla volta. Lo stesso metodo può essere esteso ad altri materiali ottici legati e potenzialmente a leghe con requisiti di drogaggio graduato che possono essere difficili o non realizzabili con altri mezzi. Il processo HIP è stato applicato anche ai materiali Cr:ZnSe attualmente disponibili (senza ulteriore sputtering di Cr) con aumenti delle prestazioni equivalenti dimostrati.
Benefici
