2026年8月22日，来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员利用3D打印技术制造了一种基于掺镱钇铝石榴石（Yb:YAG）的透明陶瓷波导，这种方法可用于大幅提升激光系统的功率。
相关研究成果以题为“All-ceramic channel waveguidesfabricated via 3D printing”的论文发表在《光学快报》上。
在海底，光纤将电信和互联网数据传输到世界各地。波导通过引导和放大光（以及其中的数据）来使这一壮举成为可能，从而实现远距离传输。这项技术的应用远不止于海底电缆。波导光学是自激光发明以来光子学领域最重要的进展之一。它是光纤激光器结构的基础，而光纤激光器被用于高功率国家安全应用，例如反无人机激光系统和导弹防御系统。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室科学家兼论文作者罗斯·奥斯本说：“随着进一步发展，这种晶体结构可以在保持紧凑尺寸的同时，使输出功率比玻璃光纤提高十倍以上。”波导利用全内反射现象，由两个区域组成：纤芯和包裹纤芯的包层材料。当光在纤芯中传播和反射时，会向外扩散。当光照射到包层时，会被反射回纤芯。通常，波导由石英玻璃制成。晶体陶瓷波导可以承受更高的功率输出，改善散热并抑制不稳定性。然而，迄今为止，制造这种波导的方法繁琐且不可靠，常常导致波导长度过短或质量较差。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的新方法采用墨水直写技术（DIW）来应对这一挑战。DIW技术能够将掺镱的钇铝石榴石纤维挤压到未掺杂的石榴石陶瓷基体中。奥斯本说：“我们开发了一种墨水直写增材制造技术，用于制造具有高度定制结构的陶瓷。这项工艺首先将纳米颗粒浆料挤出成三维形状。然后对打印出的结构进行干燥、烧结和热等静压，最终制成透明陶瓷。”
研发团队在单个陶瓷块中制造了三个波导，并展示了高效的激光性能。由于波导芯层和包层是作为一个整体结构同步制造的，因此该方法具有很高的制造良率，并最大限度地减少了芯层和包层界面处的缺陷。本文所述的通道波导激光器是在与位于马里兰州的美国陆军发展司令部（DEVCOM）研究实验室合作测试的。研究人员正在不断改进工艺，并计划最终将输出功率从数百毫瓦提升至千瓦级。他们的最终目标是使陶瓷波导及其生产工艺在激光加工和国防等高功率应用领域实现商业化应用。除了陆军的资助外，这项基础能力的开发还得到了实验室定向研发的支持。
来源：南极熊
0 留言