En jämförelse av laseremissionsspektrumet mellan vanligt kommersiellt material (överst) och HIP -materialet (nedre). De två graferna har samma lasereffekt (område under kurvorna) och HIP -materialet är spektralt mycket, mycket ljusare. Kredit:Air Force Technology Transfer Program Office
Optiska materialtillverkare har nu möjlighet att licensiera en spelomfattande produktionsmetod för dopade fasta optiska material.
Utvecklad av Drs. Gary Cook och Ronald Stites från Sensors Directorate vid Air Force Research Laboratory, den nya metoden använder het isostatisk pressning (HIP) för att driva diffusionen av övergångsmetalljoner till kalcogenidlaservärdkristaller som krom (Cr), Järn (Fe), Kobolt (Co) eller Nickel (Ni) i zinkselenid (ZnSe).
"Denna nya metod gör två saker, "sa Cook." Först, det omvandlar lasermaterialets kvalitet till ett nytt tillstånd som tillåter användare att få ut all kraft ur lasern utan att oroa sig för hur smal linjebredden har blivit. Andra, det gör det möjligt för tillverkare att göra lasermaterial av högre kvalitet mycket snabbt och billigt. "
De resulterande dopade kristallerna ger en oöverträffad prestandahöjning jämfört med nuvarande metoder och avsevärt reducerade tillverkningskostnader och ökad produktion. För Cr:ZnSe, kristaller producerade med tekniken har resulterat i diffusionshastigheter på 5,48E-8 cm2/s och sub 140 picometer (pm) linewidth-upplösning, vilket motsvarar 100x snabbare diffusion och 350x smalare linjebredd än kommersiellt tillgängliga Cr:ZnSe. Tidiga resultat med järndopad zinkselenid (Fe:ZnSe) har gett liknande lovande resultat, med en uppmätt linjebredd på mindre än 300 pm jämfört med 50 nanometer i den obehandlade kristallen.
"Med befintliga metoder, när en smal linjebredd krävs, du offrar en hel del makt, "sa Cook, "Den nya metoden möjliggör en mycket smal linjebredd men ingen strömförlust."
Metoden ger en kontrollerad och effektiv, postkristalltillväxtdiffusion via en tvåstegsprocess av sputteravlagring och het isostatisk pressning. Odopade polykristallina kemiska ångavsättning odlade kristaller poleras till optisk kvalitet, därefter sputter belagd med Cr, Fe, eller annan övergångsmetall innan den placeras direkt i en HIP -kammare för efterföljande HIP -behandling för att underlätta diffusion.
Denna enkla process är lätt skalbar för satsoperationer och betydligt snabbare än nuvarande tillverkningsmetoder som innebär vakuumvärmebehandling i upp till veckor i taget. Samma metod kan utvidgas till andra legerade optiska material och eventuellt till legeringar med graderade dopningskrav som kan vara svåra eller inte möjliga att framställa på andra sätt. HIP -processen har också tillämpats på för närvarande tillgängliga Cr:ZnSe -material (utan ytterligare Cr -förstoftning) med motsvarande prestandahöjningar visade.
Fördelar
