domingo, 21 de marzo de 2010

Nuevo diseño de láser de estado sólido basado en el diamante sintético de Element Six

El nuevo diseño de láser de estado sólido basado en el diamante sintético de Element Six abre el camino a nuevas aplicaciones

Los investigadores del Instituto de Fotónica de la Universidad de Strathclyde,
han comenzado a trabajar en un proyecto de 3,5 años para desarrollar un nuevo diseño de láser de estado sólido que incorpora diamante de CVD (deposición de vapor químico) fabricado por Element Six Ltd. Element Six lidera el mundo en el campo de la síntesis de diamante CVD y su aplicación.
El desarrollo de un láser Raman de diamante podría abrir una serie de nuevas áreas de aplicación, por ejemplo, en representación óptica subacuática, representación óptica médica, oftalmología, terapia oncológica y representación óptica multiespectral. El proyecto estará dirigido por el doctor Alan Kemp del Instituto de Fotónica de la Universidad de Strathclyde respaldado por una subvención de más de 600.000 libras británicas del Engineering and Physical Sciences Research Council, EPSRC, financiado por el gobierno del Reino Unido.
El uso del diamante como un material láser de estado sólido abre nuevas oportunidades para diseñar láseres de estado sólido pequeños y compactos con mayores capacidades de manejo de la energía y operar a unas longitudes de onda actualmente no disponibles, de modo que se abrirán nuevas áreas de aplicación. El diamante tiene una combinación única de propiedades ópticas y térmicas que lo hacen adecuado para esta aplicación y estas propiedades pueden explotarse mediante el material CVD de cristal de vanguardia producido por Element Six. Los láseres Raman ya se han desarrollado utilizando materiales como el silicio, por ejemplo, y se utilizan en telecomunicaciones, pero el uso del diamante podría pasar estas capacidades a nuevos niveles de energía y longitudes de onda.
Cómo funcionan los láseres Raman
Los láseres Raman utilizan un fenómeno llamado Raman Scattering descubierto en 1922. Cuando los fotones golpean una sustancia, una minúscula fracción de ellos interactúa causando que los átomos de la sustancia vibren. En dichas colisiones 'inelásticas', los fotones ganan o pierden cantidades específicas de energía, lo que resulta de una luz de longitud de onda diferente. Un láser Raman amplifica la luz secundaria oscilándola e impulsando energía al sistema para emitir un haz de láser coherente.
La importancia de este tipo de láser es que puede cambiar la longitud de onda. Como dice el doctor Kemp la capacidad para cambiar longitudes de onda "da acceso a la región del espectro rica en aplicación pero actualmente pobre en fuentes y de color naranja". Actualmente, la mayoría de los láseres comerciales operan en torno a la región de infrarrojos cercana del espectro entre 0,8 micrómetros y 1,1 micrómetros con una concentración participar en torno a 1 micrómetro (1,03 - 1,07 micrómetros) donde la mayor parte del trabajo del láser de alto rendimiento está hecho. "Quizás el reto más importante en la ingeniería de láser de estado sólido moderno", dijo el doctor Kemp, "es encontrar modos para generar nuevas longitudes de onda pero al hacerlo retener lo máximo posible la comodidad y rendimiento de los láseres actuales".
Potencial del diamante sintético
Además, la generación actual de láseres Raman de estado sólido de onda continua se ha limitado a energías de sólo algunos vatios debido a problemas térmicos. El diamante tiene una excelente conductividad térmica combinada con un bajo coeficiente térmico de expansión que permite una mayor capacidad de manejo de la energía. "El problema menos glamuroso pero más generalizado en la ingeniería láser, particularmente cuando quiere un alto rendimiento en un pequeño paquete, es el tratamiento del calor", señaló el doctor Kemp. "Esto es particularmente problemático en láseres Raman de alta potencia porque los cristales que son buenos conversores Raman suelen conducir mal el calor. Ahí es donde entra el diamante. Con una conductividad térmica que es de dos a tres órdenes de magnitud mejor que los típicos cristales activos Raman, debería ser un excelente medio Raman y permitirnos generar una potencia de salida mucho mayor". Además, el diamante cambia la longitud de onda ligeramente más que los cristales activos Raman que se utilizan actualmente lo que puede extender su potencial de aplicación. "El equipo del Instituto de Física ha reconocido que el diamante tiene un alto coeficiente de ganancia Raman y un amplio cambio Raman comparado con los medios Raman convencionales" , dijo Chris Wort, director técnico de Element Six.
Una propiedad vital del diamante suministrado por Element Six es que muestra una
birrefingencia ultrabaja. La birrefringencia es cuando la velocidad de la luz en un medio varía si la polarización de la luz cambia y esto tiene que estar cuidadosamente controlado en una cavidad láser para hacer que el láser funcione bien. El doctor Kemp dijo: "El diamante CVD de cristal único y birrefringencia ultrabaja que produce E6 produce un paso real hacia delante para todas las aplicaciones fotónicas del diamante, particularmente aplicaciones láser. Nos permite explotar las propiedades excepcionales del diamante sin comprometer otros aspectos del rendimiento del láser".
Element Six va a suministrar al equipo de investigación diamante CVD de cristal único de alta calidad durante la duración del proyecto. El Instituto de Fotónica tiene una buena relación laboral con Element Six. Las organizaciones han trabajado anteriormente juntas en el proyecto MIDDI respaldado por el gobierno que ha llevado a la capacidad para desarrollar el grabado de precisión de la micro-óptica de diamante de cristal único, por ejemplo.
Acerca de Element Six
Element Six es el suministrador líder del mundo de supermateriales de alta calidad utilizados en la industria de la fabricación para una amplia gama de aplicaciones. Es el líder en el desarrollo de materiales de diamante sintético y nueva ingeniería que se están utilizando en aplicaciones industriales que revolucionan, por ejemplo, los sectores óptico, mecánico, térmico, electrónico, de automoción, telecomunicación y médico. Con unos ingresos de más de 500 millones de dólares estadounidenses y casi 4.000 empleados, Element Six ha establecido plantas de producción y procesamiento en China, Alemania, Irlanda, Suecia, Sudáfrica, Ucrania y Reino Unido apoyadas por una red mundial de distribución.
Acerca del Instituto de Fotónica
El Instituto de Fotónica, establecido en 1995, es una unidad de investigación orientada comercialmente, parte de la Universidad de Strathclyde. Su objetivo clave es cubrir el vacío entre aplicaciones de investigación académica e industriales y el desarrollo en el área de la fotónica. Los intereses de investigación del Instituto incluyen materiales y dispositivos semiconductores, láseres prácticos de estado sólido, series de micro-LED, y una amplia gama de aplicaciones, especialmente en biofotónica. El Instituto de Fotónica se encuentra en el campus del centro de la ciudad de Glasgow Strathclyde. El Instituto cuenta con investigación contractual y colaborativa con la industria y ofrece consultoría. Cuenta con un gran número de estudiantes de Doctorado y Doctorado en Ingeniería, y concede licencia tecnológica a las compañías.

GuillermO LuquE CRF

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