Procedimiento para obtener una acción láser aleatoria.

Un procedimiento para obtener una acción láser aleatoria que comprende:



- fabricación de un dispositivo (40) que comprende un sustrato y un vidrio dopado con tierras raras fabricado sobre el sustrato en la forma de un guía-ondas, en el que el vidrio comprende un vidrio de germanio, un vidrio de titanio o un vidrio de calcogenuro, en el que la fabricación comprende las dos etapas de:

- ablación de una diana de vidrio con radiación incidente de un láser ultrarrápido en presencia de un sustrato con lo que se deposita una cantidad de la diana de vidrio en el sustrato, y

- aplicación de un entramado para la ablación de la diana de vidrio uniformemente,

- en el que el láser ultrarrápido emite pulsos de 15 ps o menor y la posición relativa del punto de láser en la diana vidrio respecto al sustrato es constante durante la ablación y en el que el perfil de intensidad gaussiana del haz láser tiene un área de punto inferior a 3000 μm2,

y el procedimiento comprende adicionalmente:

- excitación del dispositivo mediante una fuente de radiación electromagnética (30).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2010/051514.

Solicitante: UNIVERSITY OF LEEDS.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: Clarendon Road Leeds LS2 9JT REINO UNIDO.

Inventor/es: JHA, ANIMESH, JOSE,GIN, STEENSON,DAVID PAUL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01S3/063 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01S DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN LA EMISION ESTIMULADA.H01S 3/00 Láser, es decir, dispositivos para la producción, amplificación, modulación, demodulación o el cambio de frecuencia utilizando la emisión estimulada de ondas infrarrojas, visibles o ultravioletas (láseres de semiconductor H01S 5/00). › Láseres de guía de ondas, p. ej. amplificadores láser.
  • H01S3/0941 H01S 3/00 […] › producida por un láser semiconductor, p. ej. un diodo láser.
  • H01S3/16 H01S 3/00 […] › Materiales sólidos.
  • H01S3/17 H01S 3/00 […] › amorfos, p. ej. vidrio.
  • H01S3/23 H01S 3/00 […] › Disposiciones de varios láseres no previstas en H01S 3/02 - H01S 3/14, p. ej. disposición en serie de dos medios activos separados (comprendiendo únicamente láseres de semiconductor H01S 5/40).

PDF original: ES-2545330_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento para obtener una acción láser aleatoria

La presente invención se refiere a un dispositivo capaz de producir acción láser aleatoria que comprende un guía- ondas de vidrio dopado con tierras raras, a un procedimiento de fabricación del dispositivo y a un láser que comprende dicho dispositivo.

Los láseres que dependen de múltiples procesos de dispersión en un medio de dispersión aleatorio para alimentación óptica son conocidos como láseres de acción aleatoria. Estos difieren de un láser convencional en que dependen de la alimentación óptica resonante por reflectores o espejos.

La acción láser aleatoria ha sido objeto de enorme interés para investigadores en el campo de la física de estado sólido y física láser. Los experimentos iniciales se diseñaron para probar los principios de acción láser aleatoria y no para identificar una fuente láser eficiente para aplicaciones. Se generó un medio de amplificación alterando usando una fuente fina de cristal dopado con neodimio y se demostró la acción láser a temperatura del nitrógeno líquido (Markushev, V. M., Zolin, V. F. & Briskina, Ch. M. Powder láser. Zh. Prikl. Spektrosk. 45, 847-85 (1986)). Se demostró la acción láser en un medio de ganancia de colorante líquido con dispersores dispersados (Martorell, J., Balachandran, R. M. & Lawandy, N. M. Radiative coupling between photonic paint layers. Opt. Lett. 21, 239-241 (1996)). En estos experimentos se observó un estrechamiento distinto del espectro de emisión por encima de cierto umbral que se atribuyó a la emisión estimulada en un medio de dispersión aleatorio que conduce a amplificación que se puede describir usando modelo de Letokhov (Letokhov, V.S. Generation of light by a scattering médium with negative resonance absorption. Zh. Eksp. Teor. Fiz. 53, 1442-1447 (1967); Sov. Phys. JETP 26, 835-84 (1968)). Los modos discrotos del láser que estarían presentes en un medio de dispersión aleatorio donde se puede localizar la luz fueron observados en primer lugar por Cao and colaboradores (Cao, H. et al. Random láser action in semiconductor powder. Phys. Rev. Lett. 82, 2278-2281 (1999)). Se logró fuerte dispersión y gran aumento en una película de potencia nanométrica de ZnO de espesor en el intervalo de 6-1 pm y se observó acción láser coherente con dependencia angular cuando se bombeó usando un láser Nd:YAG en modo bloqueado. El umbral láser fue de 763 kW/cm2 Se ha propuesto que el vidrio grabado o cristal semiconductor pueden producir medios de dispersión muy fuentes para la acción láser aleatoria (Schuurmans, F. J. P., Vanmaekelbergh, D., van de Lagemaat, J. & Lagendijk, A. Strongly photonic macroporous GaP networh. Science 284, 141-143 (1999) y D. S. Wiersma and S. Cavalieri, "Light emission: A temperature-tunable random láser" Nature 414(6865), 78-79 (21)).

Los medios que se han usado para demostrar la acción láser aleatoria han presentado han sido en general tridimensionales y requiere un umbral de bombeo muy alto para iniciar la acción láser. Los medios fueron en su mayor parte complejos, no portátiles, Inestables y la distribución de dispersores no era reproducible. Los modos eran difíciles de conservar.

Ha habido interés en estudios teóricos de estructuras de 2D para láseres aleatorios (Apalkov, V. M., Raikh, M. E. & Shapiro, B. Random resonators and prelocalized modes in disordered dielectric films. Phys. Rev. Lett. 89, 1682 (22)). El uso de un láser aleatorio que emplea una película de polvo de vidrio dopado con ión Tm3+ exige haber alcanzado un umbral de varios kllowatlos por centímetro cuadrado (H. Fujlwara, and. Sasaki, "Observation of upconversion lasing within a thullum-lon-doped glass powder film contalnlng tltanlum dioxide particles" Jpn. J. Appl. Phys. 43(No. 1B), L1337-L1339 (24)). El uso de láseres aleatorios para aplicaciones prácticas como una fuente coherente se ha limitado debido su alto umbral, baja fiabilidad y dificultades de fabricación.

Los documentos US-A-3573653, US-A-3579142, US-A-3787234, US-A-6574249 y US-A-374721 divulgan láseres de película delgada que son bombeados eléctricamente u ópticamente. El documento US-A-536385 divulga películas delgadas de CaF2 dopadas cristalinas fotoluminiscentes sobre un sustrato de silicio. El documento US-A- 5783319 divulga un láser de tinte sintonizable que comprende una película delgada de vidrio de sílice dopado orgánicamente sobre un sustrato de silicio. El documento US-A-6656588 divulga un procedimiento para la preparación de un polvo de óxido de metal nanocristalino dopado en la forma de una película delgada que muestra acción láser.

La presente invención se basa en el reconocimiento de que mediante el confinamiento de radiación electromagnética en una estructura de vidrio dopada no de 3 dimensiones es posible alcanzar mejoras en la acción láser aleatoria que aprovecha una cierta longitud de onda del vidrio dopado con tierras raras.

Por tanto, visto desde un aspecto la presente invención proporciona un procedimiento para la acción láser aleatoria que comprende un sustrato; y un vidrio dopado con tierras raras fabricado sobre el sustrato en forma de un guía- ondas, en la que el vidrio comprende un vidrio de germanio, un vidrio de titanio o un idrio de calcogenuro. Dicho procedimiento se define en la reivindicación 1.

El dispositivo de la presente invención es robusto y reproducible y de forma ventajosa no requiere espejos Bragg o convencionales que lo hagan directamente integrable con otros dispositivos de emisión de luz basados en semiconductores y polímeros. Muestra excelente estabilidad de modo y es sintonizable en un intervalo de longitud de onda sorprendentemente ancho.

El dispositivo puede bombearse ópticamente; el dispositivo puede bombearse eléctricamente, pero de forma típica el dispositivo se bombea ópticamente.

Cuando se bombea el dispositivo ópticamente este puede comenzar la emisión láser a una cierta potencia desde el láser de bombeo. La mínima potencia requerida desde el láser de bombeo que provoca emisión láser en el dispositivo se conoce como la potencia de bombeo umbral. Esto puede denominarse simplemente como el "umbral". El umbral se puede expresar como una potencia de bombeo umbral por unidad de área del área incidente del haz del láser de bombeo en el dispositivo (por ejemplo, watios por mm ). Esto puede conocerse también como una densidad de potencia umbral. Por ejemplo, con una potencia de láser de bombeo umbral de 37 mW y un haz láser de bombeo de área incidente de aproximadamente 1,45 mm2, la densidad de potencia de bombeo umbral es de aproximadamente 26m W/mm2

El dispositivo puede ser capaz del bombeo láser aleatorio a un umbral de 1 mW o inferior para producir salida coherente desde un área inferior a 2 mm2. Esto es equivalente a una densidad de potencia umbral de ,5 mW/mm2

La densidad de potencia umbral del dispositivo puede ser menor de 2 mW/mm2 Preferiblemente la densidad de potencia umbral del dispositivo es menor de 1 mW/mm2, en particular preferiblemente menor de 5 mW/mm, más preferiblemente menor de 26 mW/mm2

El umbral del dispositivo puede ser menor de 1 mW. Preferiblemente el umbral del dispositivo es menor de 5 pW, en particular preferiblemente menor de 3 pW, más preferiblemente menor de 2 pW, aún más preferiblemente menor de 1 pW, incluso más preferiblemente menor de 5 pW.

La longitud de onda de la emisión láser del dispositivo puede depender del ángulo de incidencias del haz de láser de bombeo. La longitud de onda de la emisión láser del dispositivo puede ser ajustable. La longitud de onda de emisión láser del dispositivo puede ser ajustable variando el ángulo de incidencia del haz del láser de bombeo.

La longitud de onda de la emisión láser del dispositivo puede ser ajustable en el Intervalo de 151 nm a 162 nm.

La potencia de bombeo umbral para el dispositivo puede ser dependiente del ángulo de Incidencia del haz de láser de bombeo. La potencia de bombeo umbral para el dispositivo puede ser ajustable variando el ángulo de Incidencia

del haz de láser de bombeo.

El umbral del dispositivo puede variar en el intervalo entre 3 pW a 2 pW ya que el ángulo de incidencia del láser de bombeo varía entre 39° y 51°.

Reduciendo el umbral o densidad de potencia umbral reduce la carga térmica en el dispositivo. Una carga térmica reducida hace del dispositivo más prácticamente aplicable debido a que se reduce la necesidad para disipación de calor.

De forma típica el vidrio no es cristalino. De forma típica el vidrio carece sustancialmente de defectos grain boundaries.

Preferiblemente el vidrio es capaz de dispersar de múltiple dispersión. El vidrio es de forma típica dieléctrico.

... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para obtener una acción láser aleatoria que comprende:

- fabricación de un dispositivo (4) que comprende un sustrato y un vidrio dopado con tierras raras fabricado sobre el sustrato en la forma de un guía-ondas, en el que el vidrio comprende un vidrio de germanio, un vidrio de titanio o 5 un vidrio de calcogenuro, en el que la fabricación comprende las dos etapas de:

- ablación de una diana de vidrio con radiación incidente de un láser ultrarrápido en presencia de un sustrato con lo que se deposita una cantidad de la diana de vidrio en el sustrato, y

- aplicación de un entramado para la ablación de la diana de vidrio uniformemente,

- en el que el láser ultrarrápido emite pulsos de 15 ps o menor y la posición relativa del punto de láser en la

diana vidrio respecto al sustrato es constante durante la ablación y en el que el perfil de intensidad

gausslana del haz láser tiene un área de punto inferiora 3 pm ,

y el procedimiento comprende adicionalmente:

excitación del dispositivo mediante una fuente de radiación electromagnética (3).

2. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el láser ultrarrápido es un láser de 15 femtosegundo.

3. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 1 ó 2, en el que la radiación incidente del láser ultrarrápido se emite en pulsos con una duración de 15 fs o menor.

4. Un procedimiento como se reivindica en las reivindicaciones 1, 2 ó 3 en el que la radiación incidente del láser ultrarrápido se emite en pulsos con una frecuencia de repetición en el intervalo de 1 Hz a 1 MHz.

5. Un procedimiento como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que la energía de pulso de

radiación Incidente está en el Intervalo de 1 pJ a 1 mJ.


 

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