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                哈佛大学开发出特殊金刚石反■射镜,可承受10kW激光聚焦热≡量

                | 公司新闻 | 发布时间:2022-05-30 浏览量:21

                在卐高功率连续波激光器中,大多数用于引导光束的反射镜都是由具有不同光学特性的材※料薄层制成的。但只要每一层有一个微小的缺陷,强大的激光束就会穿透反射镜,导致整个卐装置失灵。

                哈佛大Ψ 学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员认为▅,由⊙单一材料制成的镜子将能够大大减少缺陷的可能性,并增加激光的寿命。于是他们用金刚石这种地球上几〖乎最坚固的ζ 材料,建造了一面强大得足以】承受高功率连续波激光的镜子。

                通过在金刚○石薄片表面蚀刻出纳米结构,研究小组成功打造出这种特殊的高反射镜,它是由︽具有不同光学特性的薄层材料形成的。之后,美国海军用10千瓦的激光对其进行实¤验,并发现这种反射镜可以承受来自高功率、连续激光的热▆量,而不会被破坏。

                SEAS电气工程教授、该论文的ㄨ资深作者Marko Loncar指出:“我们的单材料反射镜方法,消除了№传统反射镜在大光功率照射下由多材料叠加形成的热应力问题。这种方→法将有望改善或创造高功率激光的新应用。”

                Marko Loncar的纳米光学实验室最初开发了在金刚石中雕刻纳米级结构的技术,不过当时这种尖端蚀刻技术是应用于量子光学和通信方面。后来他们◥转念一想,觉得把这用在其他更经典的场景(像反射镜)当中不是也很好吗?

                说干就干,研究人员开始□了用激光离子束蚀刻钻石的探索与操作。他们在3毫米×3毫米的金刚石薄片表面雕刻了一系ㄨ列高尔夫球座形状的柱。高尔夫球座的形状上宽下窄,使钻石表面能够达到◣98.9%的反光率。

                “你可以制↓造出99.999%反光的反射器,但它们有10-20层,这对于低功率激光来说没问题,但却肯定』无法承受高功率。”SEAS的研究科学家、该论文的合著者尼尔·辛克莱(Neil Sinclair)称。

                哈佛大学开发出特殊金刚石反射镜,可承受10kW激光聚焦热量

                左:放大的扫描电镜镜像,右:金刚石反♂射镜的SEM图像(图片来源:Loncar Lab/Harvard SEAS)

                为了用高功率激光测试这种镜子,研究小组▂从宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室(美国】国防部指定的美国海军大学附属研∩究中心)的合作者那里获得了帮助。

                实验在一个专门设计的房间◥里进行。为了防止危险水平的激光渗漏、致盲或灼伤邻近房间的人,研究人员把镜子放在一个10千瓦的︻激光器前,而激光的强度足以穿透钢铁。

                他们将10千瓦∮的激光束聚焦到一个750微米的非√常小的点上,从而产生了巨大的能量。然而,在这股巨大能量聚焦的点上,反射镜却没有▲被烧毁。对于不少应用场景而言,能够做到这一点其实非常重要,因为随着激光系统变得越来越耗电,不少采用者都希望能够用一些创造性的方法使光学元件更耐用。

                这种方法有望改善或创造高功率激光器的新应用。哈佛大学技术开发局(OTD)已经对与该项目相关的知识产权㊣进行了保护,并努力探索该技术的商业化机会。在未来,研究人员预计这些镜子将用于国防应用、半导体制造◢、工业制造和深空通信。

                这项研究是在哈佛大学纳米系统中心(CNS)进行的,该中心是国家纳米技ζ术协调基础设施网络(NNCI)的成员,由国家科学基金会提供支持。相关研究成果发表在《自然·通讯》(Nature Communications)杂志上。