Fabrikanten van optisch materiaal hebben nu de mogelijkheid om een ​​licentie te verlenen voor een baanbrekende productiemethode voor gedoteerde vaste optische materialen.

Ontwikkeld door Drs. Gary Cook en Ronald Stites van het directoraat Sensoren van het Air Force Research Laboratory, de nieuwe methode maakt gebruik van heet isostatisch persen (HIP) om de diffusie van overgangsmetaalionen in chalcogenide-lasergastkristallen zoals chroom (Cr) te stimuleren, IJzer (Fe), Kobalt (Co) of nikkel (Ni) in zinkselenide (ZnSe).

"Deze nieuwe methode doet twee dingen, "zei Cook. "Eerst, het zet de kwaliteit van lasermateriaal om naar een nieuwe staat waardoor gebruikers al het vermogen uit de laser kunnen halen zonder zich zorgen te hoeven maken over hoe smal de lijnbreedte is geworden. Tweede, het stelt fabrikanten in staat om zeer snel en goedkoop lasermaterialen van hogere kwaliteit te maken."

De resulterende gedoteerde kristallen zorgen voor een ongeëvenaarde prestatieverbetering ten opzichte van de huidige methoden en aanzienlijk lagere productiekosten en verhoogde output. Voor het geval van Cr:ZnSe, kristallen geproduceerd met behulp van de techniek hebben geleid tot diffusiesnelheden van 5,48E-8 cm2/s en een lijnbreedteresolutie van minder dan 140 picometer (pm), wat neerkomt op 100x snellere diffusie en 350x smallere lijnbreedte dan in de handel verkrijgbaar Cr:ZnSe. Vroege resultaten met met ijzer gedoteerd zinkselenide (Fe:ZnSe) hebben vergelijkbare veelbelovende resultaten opgeleverd, met een gemeten lijnbreedte van minder dan 300 pm in vergelijking met 50 nanometer in het onbehandelde kristal.

"Met bestaande methoden wanneer een smalle lijnbreedte vereist is, je offert veel macht op, " zei Kok, "De nieuwe methode zorgt voor een zeer smalle lijnbreedte, maar geen verlies van vermogen."

De methode zorgt voor een gecontroleerde en efficiënte, postkristalgroeidiffusie via een tweestapsproces van sputterafzetting en heet isostatisch persen. Niet-gedoteerde polykristallijne chemische opdamping-gegroeide kristallen zijn gepolijst tot optische kwaliteit, vervolgens sputteren bedekt met Cr, Fe, of ander overgangsmetaal voordat het direct in een HIP-kamer wordt geplaatst voor een daaropvolgende HIP-behandeling om diffusie te vergemakkelijken.

Dit ongecompliceerde proces is gemakkelijk schaalbaar voor batchbewerkingen en aanzienlijk sneller dan de huidige productiemethoden die een vacuüm-warmtebehandeling tot wel weken per keer omvatten. Dezelfde methode kan worden uitgebreid tot andere gelegeerde optische materialen en mogelijk tot legeringen met gegradeerde doteringsvereisten die moeilijk of niet mogelijk zijn om met andere middelen te produceren. Het HIP-proces is ook toegepast op momenteel beschikbare Cr:ZnSe-materialen (zonder extra Cr-sputteren) met gelijkwaardige prestatieverbeteringen aangetoond.

Voordelen

• Ongeëvenaarde prestaties:Cr:ZnSe-lasermaterialen geproduceerd via HIP-diffusie bieden 100x snellere diffusie en meer dan 350x smallere lijnbreedte dan in de handel verkrijgbare opties
• Verhoogde productiedoorvoer:op HIP gebaseerde diffusie van doteermiddelen is binnen enkele uren voltooid en kan worden toegepast op grote batches, terwijl conventionele vacuümwarmtebehandelingsdiffusie enkele weken vereist onder zeer gecontroleerde omstandigheden voor een beperkt aantal kristallen per batch
• Breed scala aan materiaalsystemen:de HIP-methode is met succes gedemonstreerd op meerdere materiaalsystemen, waaronder Cr:ZnSe en Fe:ZnSe en zal naar verwachting voordelen bieden voor tal van andere gedoteerde optische materiaalsystemen