Di recente, il gruppo di ricerca di Hu Lili del Dipartimento di materiali funzionali laser e optoelettronici avanzati, Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery, Chinese Academy of Sciences (SIPM, CAS), ha proposto un nuovo schema basato sull'uso di vetro di quarzo drogato con Dy3+ come materiale laser a luce gialla. "Oscuramento indotto dai raggi nei vetri di silice drogati con Dy a lunghezze d'onda visibili" pubblicato sul Journal of the American Ceramic Society.
Attualmente, la luce laser gialla da materiali drogati con Dy3+ ha importanti potenziali applicazioni nei campi della condensazione di Bose-Einstein e della terapia di fotocoagulazione. Le matrici di fibre di fluoruro sono ampiamente utilizzate come materiale principale delle fibre a guadagno visibile a causa della loro bassa distribuzione di fononi. Tuttavia, le fibre ottiche al fluoruro presentano limitazioni quali scarsa stabilità chimica e proprietà meccaniche e condizioni di preparazione difficili, che aumentano sostanzialmente il costo e la difficoltà di preparazione. Al contrario, la matrice di vetro di quarzo ha ottenuto un rapido sviluppo grazie ai vantaggi di eccellenti proprietà fisiche, chimiche e meccaniche e buone prestazioni ottiche e ha realizzato con successo l'uscita laser gialla degli ioni Dy3+. Tuttavia, le fibre di quarzo drogate con Dy3+- presentano il problema dell'oscuramento dei fotoni sotto l'eccitazione della luce blu, che limita l'ulteriore miglioramento della potenza di uscita. Pertanto, come inibire l'oscuramento dei fotoni è diventato un problema scientifico chiave nel campo dei laser a luce visibile.
Il team di ricerca propone una nuova soluzione per il vetro al quarzo drogato con Dy3+- per resistere all'oscuramento dei fotoni. Aumentando il rapporto P/Al, lo schema inibisce la formazione di difetti come la valorizzazione degli ioni Dy e Al-OHC all'interno della matrice di vetro, riducendo così drasticamente la perdita di assorbimento indotta dall'irradiazione. Nel vetro al quarzo, l'Al è un disperdente comunemente utilizzato per gli ioni di terre rare, che può migliorare la dispersione e la solubilità degli ioni di terre rare. Tuttavia, a causa della mancata corrispondenza tra lo stato di valenza dell'Al3+ nel vetro al quarzo e la matrice Si, difetti come l'Al-OHC del centro della cavità vengono facilmente generati dopo aver assorbito una certa quantità di energia (luce blu, irradiazione ultravioletta). L'introduzione di P è in grado di formare gruppi strutturali [PAlO4] stabili e bilanciati in valenza con Al, che inibiscono la formazione di difetti correlati ad Al e migliorano quindi la resistenza all'oscuramento della luce del vetro al quarzo drogato con Dy. Questo lavoro fornisce un supporto fondamentale per materiali e metodi per laser a fibra visibile.
La ricerca è stata sostenuta dalla National Natural Science Foundation of China e da altri programmi.
Fig. 1 Un rapporto P/Al elevato sopprime i difetti indotti dall'irradiazione nel vetro al quarzo
