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CeMiLAP2
Ceramiche microstrutturate per laser di alta potenza: strutturazione in 2-D
Responsabile: Valentina Biasini
Personale coinvolto: Laura Esposito, Jan Hostaša, Andreana Piancastelli, Francesco Picelli
Data inizio: 17/01/2020
Durata: 36 mesi
Finanziamento totale: 414 729 €
Bando/Action: Piano Nazionale della Ricerca Militare (PNRM)
Consorzio: CNR-ISTEC, CNR-INO
Il progetto CeMiLAP2 è diretto allo sviluppo di tecnologie innovative per la realizzazione di sorgenti laser di elevata potenza di emissione. A tal fine il progetto prevede la realizzazione di mezzi di guadagno della radiazione laser a base di materiali ceramici microstrutturati YAG/Yb:YAG e codroganti. Rispetto al precedente progetto CeMiLAP, l’obiettivo è di andare oltre la capacità di modulare la concentrazione del drogante Yb lungo una sola direzione spaziale e di realizzare mezzi di guadgno di grandi dimensioni, con distribuzioni di drogaggio non uniforme e controllato e con geometrie e strutture selezionate.
CeMiLAP2 si focalizza su policristalli drogati con Yb3+ perché fondamentali per la produzione di laser di alta potenza e ad alta efficienza pompati a diodo, con emissione nel vicino infrarosso (tipicamente nella regione 1010-1080 nm). Questo è dovuto in primo luogo alla particolare struttura dei livelli energetici dell’ ytterbio, che grazie al basso difetto quantico permette di ottenere efficienze più elevate in confronto ad esempio ai laser a neodimio. In secondo luogo, la presenza di una ampia banda di assorbimento permette il pompaggio con i laser a semiconduttore in modo più efficiente e stabile rispetto al già citato neodimio.
Per di più, l’uso di un materiale ospite a base di ceramico policristallino permette di realizzare mezzi di guadagno per la produzione della radiazione laser di dimensioni maggiori rispetto ai cristalli singoli utilizzati generalmente, e di ottimizzare le caratteristiche del materiale in funzione delle prestazioni laser desiderate.
Infine, ’introduzione di altri droganti permette di realizzare strutture ottiche per il controllo dell’emissione laser, formate da zone di assorbimento (mediante ad es. Cr4+) per la soppressione dell’emissione laser in direzioni indesiderate.
Il Progetto CEMILAP2 si avvale del know-how sviluppato nell’ambito del progetto CeMiLAP (09/03/2015 – 09/05/2020), in cui sono state sviluppate diverse tecnologie di processo per la realizzazione di componenti ceramici policristallini a base di Yb:YAG strutturati lungo una direzione spaziale.
Sulla base dei risultati ottenuti nel progetto suddetto nel corso del progetto CEMILAP2 vengono perseguiti i seguenti obbiettivi:
- Fabbricazione di materiali Cr:YAG con drogaggio uniforme e di Yb:YAG con strutturazione 1-D e 2-D. Progettazione del mezzo attivo e del sistema laser. Caratterizzazione materiali.
- Fabbricazione di materiali Cr:YAG con drogaggio graduale e di strutture composite Yb:Cr:YAG (Esempi riportati in figura)
- Progettazione, realizzazione e caratterizzazione di un dimostratore di sorgente laser di potenza elevata, pompato da laser a semiconduttore, che sfrutti i vantaggi offerti dalla strutturazione del materiale ceramico per il miglioramento delle caratteristiche di potenza ed efficienza rispetto ai materiali tradizionali.
