Nyligen har teamet av professorerna Zhiwei Lv och Zhenxu Bai vid forskningscentret för avancerad laserteknologi vid Hebei University of Technology (HBUT), i samarbete med Ningbo Jingdrill Science and Technology Co. Ltd, uppnått en nanosekund Raman-lasereffekt med en topp. effekt på mer än 1,5 MW med inhemskt tillverkade stora, optiska CVD-enkristalldiamanter. Detta arbete är den första rapporten om nanosekundspulsad Raman-laserutmatning med enkelpulsenergi större än 10 mJ, som når den högsta internationella standarden när det gäller energi och toppeffekt. De relaterade forskningsresultaten publicerades i december 2023 som ett nyhetsbrev i China Laser under titeln "Raman-lasereffekt med toppeffekt på MW uppnådd i inhemsk diamant".
Som ett viktigt "kolmaterial" är diamant inte bara det hårdaste naturligt förekommande ämnet, utan har också extremt hög värmeledningsförmåga, ett brett spektralt transmissionsområde och hög fysisk och kemisk stabilitet, och är känd som den "hårdaste och vassaste industriella tanden " och "det ultimata halvledarmaterialet". Det är känt som den "hårdaste och vassaste industriella tanden" och "det ultimata halvledarmaterialet" och har använts i stor utsträckning inom områdena optiska fönster, diamantstäd, värmehantering, polering och slipning och detektering av joniserande strålning. Dessutom, i kombination med dess unika olinjära optiska egenskaper, visar diamantlasrar extremt enastående fördelar inom området för Raman- och Brillouin-lasrar, vilket ger nya möjligheter för utveckling av högeffektlasrar.
Diamantkristaller har extremt höga Raman-förstärkningskoefficienter och de största Raman-frekvensskiftningarna bland kända kristaller, så diamant-ramanlasrar anses vara "en ny väg för att bryta igenom kraft- och våglängdsgränserna för lasrar". För att erhålla högeffektiv diamantlaserdrift med hög strålkvalitet måste syntetiska diamantkristaller av optisk kvalitet användas som förstärkningsmedium. För att uppnå hög effektivitet och hög strålkvalitet krävs syntetiska diamantkristaller av optisk kvalitet som förstärkningsmedium, men de flesta enkristalldiamantkristaller som använts av forskare i sina tidigare studier har importerats. Kina är världens största producent av syntetiska diamanter, särskilt av industriella diamanter med internationell prissättning. Därför är hur man kan förbättra kvaliteten och tillväxtstorleken för inhemskt producerade enkristall-diamantkristaller och maximera deras applicering på laserfältet en nyckelfråga som måste brytas igenom.
Fig. 1 Diagram över experimentuppställningen
Nyligen använde forskarna den inhemskt producerade CVD-enkristalldiamanten av stor storlek (4×4×7 mm3) som Raman-förstärkningsmedium och erhöll Raman-laseromvandlingen med en våglängd på 1,2 μm och en enkelpuls energi på 11,2 mJ genom att använda en 1 μm pulsad laser som pumpkälla i en oscillator med en kavitetslängd på endast 15 mm. Den utgående Raman-laserpulsbredden var 7 ns, vilket motsvarar en maximal toppeffekt på 1,6 MW.
Figur 2 Raman-laserutgångsegenskaper (a) energikurva (b) vågformer och spektra
Denna studie rapporterade för första gången driftsresultaten för inhemsk diamant-ramanlaser under högeffektspumpning, och uteffektens toppeffekt översteg megawattskalan för första gången och nådde den högsta internationella standarden. Detta resultat bevisar inte bara den betydande förbättringen av inhemska diamantkristaller av optisk kvalitet i processen, utan ger också nya idéer för forskare att ytterligare bryta igenom effektgränsen för speciella våglängdslasrar genom diamantlaserteknik, såväl som att utöka dess tillämpningar.
