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Functionalised Activated Sapphire Thin-disk (FAST)

Descrizione del progetto

Migliorare le prestazioni della tecnologia laser attraverso lo sviluppo di dischi sottili in zaffiro attivato

I materiali ottici sono essenziali per la tecnologia. Un nuovo metodo di deposizione laser a impulsi rapidi consente la fabbricazione di zaffiro drogato con terre rare. Sfruttando le proprietà termo-ottiche migliori, è possibile aumentare la potenza laser di oltre dieci volte nei dischi sottili di Yb:zaffiro rispetto ai dischi sottili di Yb:YAG. Il progetto FAST, finanziato dal CEI, consentirà di ottenere progressi che miglioreranno in modo significativo le prestazioni della tecnologia laser. Il progetto si propone di affrontare l’emissione spontanea amplificata (ASE, Amplified Spontaneous Emission), che limita la scalabilità della potenza dei laser a disco sottile. Grazie alla nanoingegneria delle superfici chiave degli elementi attivi in Yb:zaffiro, le loro proprietà ottiche saranno modificate per attenuare l’ASE parassita. In tal modo, sarà possibile sviluppare una nuova generazione di elementi di guadagno a disco sottile per motori fotonici di potenza estrema. I laser FAST apriranno nuove opportunità nella scienza spaziale.

Obiettivo

Optical materials are indispensable for modern society reliant upon technology to create and share information, fabricate advanced materials, and study the intricacies of our physical universe. Our Pathfinder science-to-technology breakthrough targets a paradigm shift for fabricating a novel optically active crystal – rare-earth (RE) doped sapphire. Sapphire is an exemplary material, second only to diamond in the Mohs hardness scale and 3rd in the list of the hardest natural minerals – importantly, 1st in this list that can incorporate RE ions into its lattice. In adopting a radically different non-thermal-equilibrium crystal-growth method, namely Rapid Pulsed Laser Deposition (RPLD) we capitalise on an order-of-magnitude higher deposition frequency than regular PLD and, in addition, exploit the ability to incorporate substantially more RE impurity than conventional crystal-growth techniques can achieve. With practically relevant doping concentrations RE-doped sapphire (REDS) promises a step change in critical properties for laser gain elements, especially Yb:sapphire thin disks. A greater than tenfold improvement in laser power is anticipated in like-for-like replacement of a state-of-the-art Yb:YAG thin disk with a Yb:sapphire one. However, we propose additional science-to-technology breakthroughs that will potentially offer a further order-of-magnitude performance enhancement. The first addresses Amplified Spontaneous Emission (ASE), a limit to power scaling thin-disk lasers, whereby we will nanoengineer key surfaces of the active elements to functionalise them and control their optical properties. Functionalising the activated sapphire promises ASE mitigation and aperture scaling opportunities for a new generation of thin-disk gain elements in extreme-power photon engines. FAST lasers, will open new technological opportunities in space science, high-value manufacturing, and transform future directions for laser technology for the rest of the 21st C.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-EIC - HORIZON EIC Grants

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito di questo schema di finanziamento

Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) HORIZON-EIC-2025-PATHFINDEROPEN

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Coordinatore

UNIVERSITY OF SOUTHAMPTON
Contributo netto dell'UE
€ 1 280 367,25
Indirizzo
Highfield
SO17 1BJ SOUTHAMPTON
Regno Unito
Regione
South East (England) Hampshire and Isle of Wight Southampton
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 280 367,25

Partecipanti (4)