你看过如血的红宝石,也看过湛蓝的蓝宝石,还看过晶莹的绿宝石,那么有没有看过钛宝石呢?
今天,就跟着大院er一起听上海光机所为我们解读钛宝石背后的科学奥秘。
宝石,华丽而不失优雅,是衬托女性之美的绝佳装饰。但是,钛宝石,它不仅有着美丽的外表,还蕴藏着非同一般的内涵。
钛宝石戒指(图片来源:作者提供)
国之重器——“不可替代”的钛宝石晶体
激光脉冲峰值功率达到拍瓦(1015W)、脉冲宽度达到数十飞秒(10-15s)级的超强超短激光,是目前人类已知的最亮光源,能够创造出前所未有的综合性极端物理条件,是国际科技竞争重大前沿领域之一。
(图片来源:作者提供)
钛宝石激光晶体是产生拍瓦级高功率脉冲激光的核心关键材料之一,它在大国重器——上海超强超短激光实验装置(SULF)中扮演着“充电宝”的角色——将激光能量逐步提高放大。钛宝石晶体口径越大,吸收的能量越多,激光输出的功率也就越高。
晶体生长——“千锤百炼”的钛宝石晶体
钛宝石与天然矿物宝石大有不同,它无法在自然界开采,只能在实验室中通过模拟天然宝石形成的环境进行人工制备,称为“晶体生长”。
中科院上海光机所自主研制了国内首台热交换法晶体生长设备,并利用该设备基于热交换法的原理进行大尺寸钛宝石晶体生长。
(图片来源:作者提供)
在炉膛坩埚容器中放入晶种和原料,加热使原料熔化。通过坩埚外底部竖置的耐高温热交换杆通入制冷气体——氦气。流动的氦气与坩埚中熔体形成热量的交换,于是熔体从底部开始结晶。通过增加氦气的流量,逐渐实现熔体从底部到顶部的完全结晶,最终形成钛宝石晶体毛坯。毛坯经过切割、磨抛等加工工序便可获得不同尺寸的钛宝石晶体元件。
(图片来源:作者提供)
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