3D baskılı seramik dalga kılavuzu lazerleri, cam elyaf lazerlerin gücünü 10 kat aşabilir

Okyanusun dibindeki optik fiberler, telekomünikasyon ve internet verilerini dünya çapında iletir. Dalga kılavuzları, ışığı ve dolayısıyla içindeki verileri muazzam mesafelere kanalize ederek ve güçlendirerek bu başarıyı mümkün kılar.

Teknoloji deniz altı kablolarının ötesine geçiyor. Dalga kılavuzu optikleri, lazerin icadından bu yana fotonikteki en önemli gelişmeler arasındadır. Bunlar, karşı drone lazer sistemleri ve füze savunması gibi yüksek güçlü ulusal güvenlik uygulamalarında kullanılan cam elyaf lazerlerin yapısının temelini oluşturur.

Cama seramik alternatifi

Şimdi, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndaki (LLNL) araştırmacılar, 3D baskıyı kullanarak türünün ilk örneği olan tamamen seramik bir dalga kılavuzu ürettiler. Çalışma şu tarihte yayınlandı: Optik Harfler.

LLNL bilim adamı ve yazar Ross Osborne, “Daha fazla gelişmeyle, bu kristalin mimari, kompakt bir ayak izini korurken, cam elyaflara göre çıkış gücünde on kattan fazla bir artışa olanak sağlayabilir” dedi.

Dalga kılavuzları, toplam iç yansıma olgusunu iki bölgeyle kullanır: bir çekirdek ve çekirdeği çevreleyen bir kaplama malzemesi. Işık çekirdekte dolaşıp sıçradıkça yayılır. Kaplamaya çarptığında tekrar çekirdeğe yansır.

Tipik olarak dalga kılavuzları silika camdan yapılır. Kristalin seramik versiyonu daha yüksek güç çıkışını tolere edebilir, ısı dağılımını iyileştirebilir ve dengesizlikleri bastırabilir. Şimdiye kadar bu tür dalga kılavuzlarını üretme yöntemleri hantal ve güvenilmezdi; çoğu zaman çok kısa veya düşük kaliteli dalga kılavuzları oluşturuyordu.

Çekirdek ve kaplamanın birlikte basılması

LLNL’nin yeni yöntemi, bu zorluğun üstesinden gelmek için doğrudan mürekkeple yazmayı kullanıyor. Bu teknik, katkısız bir garnet seramik matrisi içinde iterbiyum katkılı itriyum alüminyum garnet filamentlerini sıkıştırır.

Osborne, “Son derece özel yapılara sahip seramikler üretmek için doğrudan mürekkeple yazma katmanlı üretim tekniği geliştirdik” dedi. “Süreç, üç boyutlu bir şekle ekstrüzyona tabi tutulan bir nanopartikül macunuyla başlıyor. Basılı yapı daha sonra kurutuluyor, sinterleniyor ve şeffaf bir seramik üretmek için sıcak izostatik olarak presleniyor.”

Ekip, tek bir seramik blokta bulunan üç dalga kılavuzu oluşturdu ve yüksek verimli lazer performansı sergiledi. Dalga kılavuzu çekirdeği ve kaplama tek bir yapı olarak birlikte üretildiğinden, bu yaklaşım yüksek üretim verimi sunar ve çekirdek ile kaplama arasındaki arayüzdeki kusurları en aza indirir.

Makalede açıklanan kanal dalga kılavuzu lazerleri, Maryland’deki DEVCOM Ordu Araştırma Laboratuvarı ile işbirliği içinde test edildi. Yazarlar süreci geliştirmeye devam ediyor ve sonunda çıkış gücünü yüzlerce miliwatt’tan kilowatt’a yükseltmeyi planlıyorlar. Sonuçta dalga kılavuzunu ve üretim sürecini, lazer işleme ve ulusal savunma gibi yüksek güçlü uygulamalar için ticari olarak uygun hale getirmeyi hedefliyorlar.