报道西安交大在大功率金刚石激光增益介质的研究进展

在10月14日—15日举行的香山会议第754次学术讨论会上，西安交大电信学部电子科学与工程学院王宏兴教授介绍了金刚石基大功率激光增益介质的最新进展。

大功率激光器在激光卫星通信、高能物理、空间探测、武器装备和材料加工等关系国家安全和国民经济的众多领域中具有广泛应用。激光的产生必须选择合适的增益介质。对增益介质产生的废热进行热管理是高功率激光行业普遍面临的难题。要解决这一问题，一方面可以通过选择掺杂离子减少量子亏损，另一方面可以提升增益介质的散热能力。在热量传输的过程中，增益介质材料的热导率是最为关键的物理参数。在目前所用的激光增益介质材料中，玻璃材料的热导率较低，晶体材料如常用的YAG由于其有序的周期性结构而热导率较高。

选择高热导率的金刚石晶体作为激光增益介质材料，是发展超高热导率激光材料的思路之一。王宏兴教授介绍，金刚石是目前已发现的热导率最高的固态物质。同时研究发现，具有高热导率的材料的晶体结构主要为金刚石型或类金刚石型，其室温热导率较目前常用的激光增益介质材料高约2个数量级，金刚石有潜力成为“终极”激光增益介质材料，且已用于扩展波段、承载大功率的拉曼晶体（利用受激拉曼散射这种非线性光学效应来实现激光频率转换的晶体）。

高热导率使得金刚石基器件可以实现高功率工作而无需过分担心散热问题，具有优异光学和热学性能的金刚石有望实现大功率激光技术的跨越式发展。目前，西安交通大学已开始金刚石基大功率激光增益介质的初步探索，并实现将稀土钕离子掺入金刚石晶体，掺杂浓度达到1020cm-3。

图 钕掺杂单晶金刚石的（a）TEM图与（b）SIMS图

文章刊载于2023年10月17日科技日报06版

报道链接：以材料发展促激光产业变革--科技日报数字报 (stdaily.com)

http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2023-10/17/content_561070.htm?div=-1