Ny metode til fremstilling af optiske materialer reducerer omkostningerne, forbedrer ydeevnen

Producenter af optiske materialer har nu mulighed for at licensere en spilskiftende produktionsmetode for dopede faste optiske materialer.

Udviklet af Drs. Gary Cook og Ronald Stites fra Sensors Directorate ved Air Force Research Laboratory, den nye metode bruger varm isostatisk presning (HIP) til at drive diffusionen af ​​overgangsmetalioner til chalcogenid-laserværtskrystaller såsom Chrom (Cr), Jern (Fe), Kobolt (Co) eller nikkel (Ni) til zinkselenid (ZnSe).

"Denne nye metode gør to ting, sagde Cook. Først, det konverterer kvaliteten af ​​lasermateriale til en ny tilstand, der giver brugerne mulighed for at få al kraften ud af laseren uden at bekymre sig om, hvor smal linjebredden er blevet. Sekund, det giver producenterne mulighed for at fremstille lasermaterialer af højere kvalitet meget hurtigt og billigt."

De resulterende doterede krystaller giver en uovertruffen stigning i ydeevne i forhold til de nuværende metoder og betydeligt reducerede fremstillingsomkostninger og øget output. I tilfælde af Cr:ZnSe, krystaller produceret ved hjælp af teknikken har resulteret i diffusionshastigheder på 5,48E-8 cm2/s og under 140 picometer (pm) linjebreddeopløsning, svarende til 100x hurtigere diffusion og 350x smallere linjebredde end kommercielt tilgængelige Cr:ZnSe. Tidlige resultater med jerndoteret zinkselenid (Fe:ZnSe) har givet tilsvarende lovende resultater, med en målt linjebredde på mindre end 300 pm sammenlignet med 50 nanometer i den ubehandlede krystal.

"Med eksisterende metoder, når en smal linjebredde er påkrævet, du ofrer en god portion magt, " sagde Cook, "Den nye metode giver mulighed for en meget smal linjebredde, men intet tab af strøm."

Metoden giver en kontrolleret og effektiv, efter krystalvækstdiffusion via en to-trins proces med sputteraflejring og varm isostatisk presning. Udopede polykrystallinske kemiske dampaflejringer dyrkede krystaller er poleret til optisk kvalitet, derefter sputter belagt med Cr, Fe, eller andet overgangsmetal, før det placeres direkte i et HIP-kammer til efterfølgende HIP-behandling for at lette diffusionen.

Denne enkle proces er let skalerbar til batchoperationer og betydeligt hurtigere end nuværende fremstillingsmetoder, der involverer vakuumvarmebehandling i op til uger ad gangen. Den samme metode kan udvides til andre legerede optiske materialer og potentielt til legeringer med graderede dopingkrav, som kan være vanskelige eller ikke mulige at fremstille på andre måder. HIP-processen er også blevet anvendt på aktuelt tilgængelige Cr:ZnSe-materialer (uden yderligere Cr-sputtering) med tilsvarende ydelsesforøgelser demonstreret.

Fordele

• Uovertruffen ydeevne:Cr:ZnSe-lasermaterialer produceret via HIP-diffusion tilbyder 100x hurtigere diffusion og over 350x smallere linjebredde end kommercielt tilgængelige muligheder
• Øget produktionsgennemstrømning:HIP-baseret diffusion af dopingmidler er fuldstændig inden for få timer og kan anvendes på store batches, hvorimod konventionel vakuumvarmebehandlingsdiffusion kræver adskillige uger under stærkt kontrollerede forhold for et begrænset antal krystaller pr. batch
• Bredt udvalg af materialesystemer:HIP-metoden er blevet demonstreret med succes på flere materialesystemer, herunder Cr:ZnSe og Fe:ZnSe og forventes at give fordele for adskillige andre dopede optiske materialesystemer