Une comparaison du spectre d'émission laser entre le matériau commercial standard (en haut) et le matériau HIP (en bas). Les deux graphiques ont la même puissance laser (zone sous les courbes) et le matériau HIP est spectralement beaucoup, beaucoup plus lumineux. Crédit :Bureau du programme de transfert de technologie de la Force aérienne
Les fabricants de matériaux optiques ont désormais la possibilité de licencier une méthode de production révolutionnaire pour les matériaux optiques solides dopés.
Développé par les Drs. Gary Cook et Ronald Stites de la Direction des capteurs du Laboratoire de recherche de l'Air Force, la nouvelle méthode utilise le pressage isostatique à chaud (HIP) pour conduire la diffusion des ions de métaux de transition dans les cristaux hôtes du laser chalcogénure tels que le chrome (Cr), Fer (Fe), Cobalt (Co) ou Nickel (Ni) en Séléniure de Zinc (ZnSe).
"Cette nouvelle méthode fait deux choses, " dit Cook. " D'abord, il convertit la qualité du matériau laser à un nouvel état qui permet aux utilisateurs d'obtenir toute la puissance du laser sans se soucier de l'étroitesse de la largeur de la ligne. Seconde, il permet aux fabricants de fabriquer des matériaux laser de meilleure qualité très rapidement et à moindre coût."
Les cristaux dopés résultants offrent une augmentation sans précédent des performances par rapport aux procédés actuels et des coûts de fabrication considérablement réduits et une production accrue. Pour le cas de Cr:ZnSe, les cristaux produits à l'aide de cette technique ont entraîné des taux de diffusion de 5,48E-8 cm2/s et une résolution de largeur de raie inférieure à 140 picomètres (pm), ce qui équivaut à une diffusion 100 fois plus rapide et à une largeur de raie 350 fois plus étroite que le Cr:ZnSe disponible dans le commerce. Les premiers résultats avec le séléniure de zinc dopé au fer (Fe:ZnSe) ont produit des résultats tout aussi prometteurs, avec une largeur de raie mesurée inférieure à 300 pm par rapport à 50 nanomètres dans le cristal non traité.
"Avec les méthodes existantes, lorsqu'une largeur de ligne étroite est requise, tu sacrifies beaucoup de pouvoir, " dit Cook, "La nouvelle méthode permet une largeur de ligne très étroite mais aucune perte de puissance."
La méthode fournit une méthode contrôlée et efficace, diffusion post-croissance cristalline via un processus en deux étapes de dépôt par pulvérisation cathodique et de pressage isostatique à chaud. Les cristaux développés par dépôt chimique en phase vapeur polycristallin non dopé sont polis à la qualité optique, puis pulvérisation cathodique de Cr, Fe, ou autre métal de transition avant d'être placé directement dans une chambre HIP pour un traitement HIP ultérieur afin de faciliter la diffusion.
Ce processus simple est facilement évolutif pour les opérations par lots et considérablement plus rapide que les méthodes de fabrication actuelles qui impliquent un traitement thermique sous vide pendant plusieurs semaines à la fois. La même méthode peut être étendue à d'autres matériaux optiques alliés et potentiellement à des alliages avec des exigences de dopage progressif qui peuvent être difficiles ou impossibles à produire par d'autres moyens. Le processus HIP a également été appliqué aux matériaux Cr:ZnSe actuellement disponibles (sans pulvérisation de Cr supplémentaire) avec des augmentations de performances équivalentes démontrées.
Avantages
