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CVD金刚石在高功率激光领域的应用

CVD金刚石在高功率激光领域的应用

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  • 发布时间:2024-01-17 13:50
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【概要描述】化学气相沉积(CVD)金刚石是通过化学气相沉积方法制备的人造金刚石,相较于高温高压(HPHT)金刚石,CVD金刚石纯度高、质量好、体积大,性能稳定可控。CVD金刚石具有宽光谱透射性、低热膨胀系数、高机械强度,高耐热冲击热性,低散射,高激光诱导损伤阈值,低吸收,高拉曼增益系数和高导热性等优异特性,因此在高功率激光领域具有广泛的应用前景。

CVD金刚石在高功率激光领域的应用

【概要描述】化学气相沉积(CVD)金刚石是通过化学气相沉积方法制备的人造金刚石,相较于高温高压(HPHT)金刚石,CVD金刚石纯度高、质量好、体积大,性能稳定可控。CVD金刚石具有宽光谱透射性、低热膨胀系数、高机械强度,高耐热冲击热性,低散射,高激光诱导损伤阈值,低吸收,高拉曼增益系数和高导热性等优异特性,因此在高功率激光领域具有广泛的应用前景。

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  化学气相沉积(CVD)金刚石是通过化学气相沉积方法制备的人造金刚石,相较于高温高压(HPHT)金刚石,CVD金刚石纯度高、质量好、体积大,性能稳定可控。CVD金刚石具有宽光谱透射性、低热膨胀系数、高机械强度,高耐热冲击热性,低散射,高激光诱导损伤阈值,低吸收,高拉曼增益系数和高导热性等优异特性,因此在高功率激光领域具有广泛的应用前景。

CVD金刚石在高功率激光领域的应用

  首先,金刚石的透射光谱范围覆盖从紫外、可见光、红外至无线电波范围。金刚石还具有超宽的禁带宽度,其大禁带避免了金刚石晶体在高温下热产生的电荷载流子,即使在非常高的温度和辐射强度下,金刚石仍然可以保持高透明度。金刚石的热导率可高达2000 W/(m·K),极高的热稳定性也使得金刚石能够在高温、高强度的严苛工作条件下呈现优异的性能。因此,利用金刚石作为散热器、透射窗口、反射窗口、分束器可使得激光器在高功率下保持相当高的性能水平稳定运行。

  其次,金刚石有着已知拉曼晶体中的拉曼频移量(1332.3cm-1)和拉曼增益系数(1μm波段增益系数高达10cm/GW),是一种光学性能优异的拉曼晶体材料。金刚石的拉曼增益线宽较窄,约为45GHz。金刚石的通光范围极宽,从紫外(230nm)至远红外(100μm)均具有较高的透射率。此外,金刚石还具有其他任何晶体材料都无法比拟的超高热导率,并且其热光系数适中(15×10−6K−1),系数小(1.1×10−6K−1),因此在高功率运转的拉曼谐振腔中金刚石晶体的热透镜效应较弱。基于这些优异性能,金刚石晶体是高功率、窄线宽、特殊波长拉曼激光器的理想增益介质。

  金刚石不仅仅是拉曼激光器的理想增益介质。与其他固体布里渊增益材料相比较,金刚石布里渊增益系数数值(79±12)虽低于声光晶体TeO2(100cm/GW),但远高于目前常用的波导和微腔所采用的布里渊材料硅(0.24 cm/GW)以及CaF2(4.11 cm/GW),且与常用的硫族化合物材料As2S3(74 cm/GW)相当。再结合金刚石固有的宽光谱透过范围和优异的热性能,金刚石晶体有望获得高功率、极窄线宽的布里渊激光输出,并具备实现多波长布里渊激光输出及高集成度光子器件的潜力。

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