金剛石材料因其極佳的熱導(dǎo)性能、全波段光學(xué)透過特性及超強(qiáng)的環(huán)境耐受性，成為航空航天、極端探測等領(lǐng)域核心光電元件的首選基材。同時，金剛石還具備出色的拉曼特性，如具有已知晶體中最大的拉曼頻移（1332 cm-1）和極高的拉曼增益系數(shù)（~10 cm/GW），使其在激光波長擴(kuò)展、功率提升方面展現(xiàn)出不可替代的戰(zhàn)略價值。然而，大尺寸、高品質(zhì)金剛石晶體的制備技術(shù)長期被國外壟斷，嚴(yán)重制約了我國高性能激光光源的發(fā)展。

近日，鄭州大學(xué)金剛石材料與器件團(tuán)隊在金剛石激光晶體制備及拉曼激光技術(shù)方面取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊攻克了大尺寸、低應(yīng)力金剛石單晶制備以及低粗糙度、高平行度金剛石晶體加工等關(guān)鍵技術(shù)，研制出光學(xué)性能優(yōu)異的金剛石拉曼激光晶體。基于自主制備的金剛石激光晶體，團(tuán)隊成功開發(fā)出具有<1 ns脈沖寬度、MW級峰值功率和kHz高重頻的人眼安全波段金剛石拉曼激光器。這一成果標(biāo)志著團(tuán)隊在高質(zhì)量金剛石激光晶體材料及拉曼激光技術(shù)方面取得了重要進(jìn)展。

團(tuán)隊通過構(gòu)建V型折疊腔和短拉曼腔結(jié)構(gòu)，成功應(yīng)用拉曼誘導(dǎo)腔倒空技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了激光能量的超快速釋放。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該裝置可輸出脈寬僅0.6納秒、峰值功率達(dá)913.3千瓦的1.45微米人眼安全激光波段金剛石拉曼激光器，刷新了國際上同類型器件性能紀(jì)錄。此外，該激光器同時具備1-10千赫茲可調(diào)重復(fù)頻率和接近衍射極限的光束質(zhì)量（M2<1.5），其綜合性能完全滿足衛(wèi)星測距等遠(yuǎn)距離、高精度探測場景的應(yīng)用需求。

大尺寸高質(zhì)量金剛石激光晶體的國產(chǎn)化將大幅降低拉曼激光器件的制造成本，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入強(qiáng)勁動力。未來，團(tuán)隊將繼續(xù)優(yōu)化金剛石晶體生長工藝，提升拉曼激光器件輸出性能，推動我國拉曼晶體生長和激光技術(shù)的不斷進(jìn)步。