¿Por qué se utiliza cerámica como material láser?
El láser es un tipo de luz emitida por excitación que no existe en la naturaleza. Tiene cuatro características principales que la luz ordinaria no posee: buena direccionalidad, alto brillo, buena monocromaticidad y buena coherencia, lo que la hace ampliamente utilizada en diversos campos técnicos.
Una dirección de desarrollo importante de la tecnología láser son los láseres de estado sólido con alta potencia promedio y alta potencia máxima, y el núcleo de los láseres de estado sólido es el material de trabajo del láser de estado sólido. En la actualidad, hay tres materiales principales de matriz de láser de estado sólido comúnmente utilizados: vidrio, monocristal y cerámica, entre los cuales la "cerámica" es más favorecida por los láseres de alta potencia. Esto se debe a que la alta potencia producirá un gradiente térmico, que a su vez provocará distorsión del haz o birrefringencia térmica, lo que afectará a la calidad del haz láser. Por lo tanto, los materiales cerámicos con un coeficiente de expansión térmica bajo y un índice de refracción bajo son materiales ideales para trabajar con láser.
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De hecho, en el pasado, algunas cerámicas de alto rendimiento y más complejas no podían usarse en la tecnología láser, y debido a la diferente composición de los metales de tierras raras en la cerámica (especialmente la cerámica dopada), la interacción y fase con el crisol Problemas tales como ya que el cambio y la escasa solubilidad afectarán a otras aplicaciones. Sin embargo, todos estos pertenecen al pasado. El avance de la tecnología de procesamiento ahora proporciona una variedad de métodos de síntesis de cerámica transparente factibles. La superficie del material cerámico preparado es monocristalino, policristalino a nivel atómico, y los límites de grano son limpios y finos, sin poros y sin impurezas, las cerámicas son altamente transparentes, muy adecuadas para generar rayos láser. También se puede dopar con diferentes elementos de tierras raras para hacer varias formas complicadas, lo que aumenta enormemente su viabilidad.
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En general, las cerámicas láser actuales tienen las siguientes ventajas:
①El tiempo de preparación es corto, el dispositivo de sinterización no requiere materiales de metales preciosos, y no es necesario realizar la sinterización en una atmósfera protectora de alta pureza, y el costo de preparación es bajo;
② Se pueden preparar materiales de gran tamaño y formas complejas;
③La concentración de partículas dopadas en la cerámica es alta y la distribución de partículas dopadas es uniforme en general;
④ La temperatura de sinterización de la cerámica es mucho más baja que el punto de fusión de los cristales, y la composición de la cerámica preparada tiene poca desviación;
⑤ Las cerámicas se pueden convertir en materiales multicapa para sinterizar y es posible desarrollar cerámicas multifuncionales.
En contraste, aunque la matriz de vidrio puede obtener muestras a gran escala, su conductividad térmica es demasiado baja para realizar láseres de alta potencia; la conductividad térmica de los monocristales es más alta que la del vidrio, pero los monocristales tienen un ciclo de crecimiento largo y son costosos. Es difícil obtener cristales de gran tamaño y alta calidad.