实验室里长出的这块宝石 居然还能当“充电宝“

你见过像血、蓝宝石和晶莹剔透的绿宝石这样的红宝石吗？你见过钛宝石吗？

今天，我将和化合物er一起听上海光电研究所为我们解释钛宝石背后的科学奥秘。

宝石，华丽而优雅，是衬托女性美丽的绝佳装饰品。然而，钛宝石不仅有美丽的外观，还包含非凡的内涵。

钛宝石戒指(照片来源:作者提供)

“不可替代的”钛宝石晶体

峰值功率为1015瓦、脉冲宽度为几十飞秒(10-15秒)的超强超短激光是目前人类已知的最亮光源。它能创造前所未有的综合极端物理条件，是国际科技竞争的主要前沿领域之一。

(照片来源: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关键材料之一。它在大型国家重型设备——上海超强超短激光实验装置(SULF)中起到“充电宝”的作用，并逐渐增加和放大激光能量。钛宝石晶体的直径越大，它吸收的能量越多，激光输出功率越高。

晶体生长——“千锤百炼”钛宝石晶体

钛宝石与天然矿物宝石非常不同。它们不能在自然界开采，只能在实验室中通过模拟天然宝石形成的环境来人工制备，这被称为“晶体生长”。

中国科学院上海光学机械研究所自主研发了国内第一台热交换法晶体生长设备，并利用该设备根据热交换法原理生长大尺寸钛宝石晶体。

将晶种和原料放入熔炉坩埚容器中并加热以熔化原料。制冷剂气体氦气通过垂直设置在坩埚外底部的耐高温热交换棒引入。流动的氦气与坩埚中的熔体进行热交换，因此熔体开始从底部结晶。通过增加氦气的流速，熔体从底部到顶部逐渐完全结晶，最终形成钛宝石晶体毛坯。毛坯可以被切割、研磨和抛光以获得不同尺寸的钛宝石晶体元件。

每当钛宝石的晶体尺寸增加时，晶体生长的难度就会增加很多。如何防止晶体毛坯开裂是大尺寸钛宝石晶体生长的关键技术问题之一。

经过四年的摸索，中科院上海光机所钛宝石激光晶体研发团队终于完善了晶体生长技术，实现了关键参数的实时监控，克服了大尺寸晶体生长开裂等关键技术难题，掌握了大尺寸钛宝石晶体生长的全部技术，成功制备出目前世界上最大的钛宝石激光晶体元件。 直径235毫米，高72毫米，应用于国家科学仪器——上海超短激光实验装置(SULF)，是世界上第一个实现峰值功率10.3拍瓦激光放大输出的装置。

(照片来源:作者提供)

此外，钛:蓝宝石晶体也可以在具有连续调谐光学波长的激光器中发挥作用。辉煌它也可以制成首饰，首饰，给我们的生活增添光彩！