Uma comparação do espectro de emissão do laser entre o material comercial padrão (parte superior) e o material HIP (parte inferior). Os dois gráficos têm a mesma potência do laser (área sob as curvas) e o material HIP é muito espectral, muito mais brilhante. Crédito:Escritório do Programa de Transferência de Tecnologia da Força Aérea
Os fabricantes de materiais ópticos agora têm a oportunidade de licenciar um método de produção revolucionário para materiais ópticos sólidos dopados.
Desenvolvido por Drs. Gary Cook e Ronald Stites do Diretório de Sensores do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea, o novo método usa prensagem isostática a quente (HIP) para conduzir a difusão de íons de metal de transição em cristais hospedeiros de laser calcogeneto, como cromo (Cr), Ferro (Fe), Cobalto (Co) ou Níquel (Ni) em Seleneto de Zinco (ZnSe).
"Este novo método faz duas coisas, "disse Cook." Primeiro, ele converte a qualidade do material do laser para um novo estado que permite aos usuários obter toda a potência do laser sem se preocupar com o quão estreita se tornou a largura da linha. Segundo, ele permite que os fabricantes façam materiais a laser de alta qualidade de maneira muito rápida e barata. "
Os cristais dopados resultantes fornecem um aumento incomparável no desempenho em relação aos métodos atuais e reduzem significativamente o custo de fabricação e aumentam a produção. Para o caso de Cr:ZnSe, cristais produzidos usando a técnica resultaram em taxas de difusão de 5,48E-8 cm2 / se resolução de largura de linha sub 140 picômetro (pm), equivalendo a uma difusão 100x mais rápida e largura de linha 350x mais estreita do que Cr:ZnSe disponível comercialmente. Os primeiros resultados com seleneto de zinco dopado com ferro (Fe:ZnSe) produziram resultados promissores semelhantes, com uma largura de linha medida de menos de 300 pm em comparação com 50 nanômetros no cristal não tratado.
"Com os métodos existentes, quando uma largura de linha estreita é necessária, você sacrifica uma boa dose de poder, "disse Cook, "O novo método permite uma largura de linha muito estreita, mas sem perda de potência."
O método fornece um controle e eficiente, difusão pós-crescimento de cristais por meio de um processo de duas etapas de deposição catódica e prensagem isostática a quente. Cristais crescidos de deposição de vapor químico policristalino não dopado são polidos para qualidade óptica, em seguida, pulverização catódica revestida com Cr, Fe, ou outro metal de transição antes de ser colocado diretamente em uma câmara HIP para tratamento HIP subsequente para facilitar a difusão.
Este processo simples é facilmente escalonável para operações em lote e consideravelmente mais rápido do que os métodos de fabricação atuais que envolvem tratamento térmico a vácuo por até semanas de cada vez. O mesmo método pode ser estendido a outros materiais ópticos de liga e, potencialmente, a ligas com requisitos de dopagem graduados que podem ser difíceis ou impossíveis de produzir por outros meios. O processo HIP também foi aplicado aos materiais Cr:ZnSe disponíveis atualmente (sem pulverização catódica adicional de Cr) com aumentos de desempenho equivalentes demonstrados.
Benefícios
