Kürzlich hat das Team der Professoren Zhiwei Lv und Zhenxu Bai am Forschungszentrum für fortgeschrittene Lasertechnologie der Technischen Universität Hebei (HBUT) in Zusammenarbeit mit Ningbo Jingdrill Science and Technology Co. Ltd. eine Raman-Laserleistung im Nanosekundenbereich mit einem Spitzenwert erreicht Leistung von mehr als 1,5 MW unter Verwendung von im Inland hergestellten großen CVD-Einkristalldiamanten in optischer Qualität. Diese Arbeit ist der erste Bericht über die Ausgabe gepulster Nanosekunden-Raman-Laser mit einer Einzelpulsenergie von mehr als 10 mJ, die den höchsten internationalen Standard in Bezug auf Energie und Spitzenleistung erreicht. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden im Dezember 2023 als Newsletter in China Laser unter dem Titel „Raman-Laserleistung mit Spitzenleistung von MW erreicht in heimischem Diamant“ veröffentlicht.
Als wichtiges „Kohlenstoffmaterial“ ist Diamant nicht nur die härteste natürlich vorkommende Substanz, sondern verfügt auch über eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit, einen breiten spektralen Transmissionsbereich sowie eine hohe physikalische und chemische Stabilität und gilt als „härtester und schärfster Industriezahn“. " und das „ultimative Halbleitermaterial". Es ist als „härtester und schärfster Industriezahn“ und „ultimatives Halbleitermaterial“ bekannt und wird häufig in den Bereichen optische Fenster, Diamantambosse, Wärmemanagement, Polieren und Schleifen sowie Erkennung ionisierender Strahlung eingesetzt. Darüber hinaus weisen Diamantlaser in Kombination mit ihren einzigartigen nichtlinearen optischen Eigenschaften äußerst herausragende Vorteile im Bereich der Raman- und Brillouin-Laser auf und bieten neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Hochleistungslasern.
Diamantkristalle haben extrem hohe Raman-Verstärkungskoeffizienten und die größten Raman-Frequenzverschiebungen unter den bekannten Kristallen, daher gelten Diamant-Raman-Laser als „ein neuer Weg, um die Leistungs- und Wellenlängengrenzen von Lasern zu durchbrechen“. Um einen hocheffizienten Diamantlaserbetrieb mit hoher Strahlqualität zu erreichen, müssen synthetische Diamantkristalle optischer Qualität als Verstärkungsmedium verwendet werden. Um einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Strahlqualität zu erreichen, sind synthetische Diamantkristalle optischer Qualität als Verstärkungsmedium erforderlich. Die meisten einkristallinen Diamantkristalle, die Forscher in früheren Studien verwendeten, wurden jedoch importiert. China ist der weltweit größte Produzent synthetischer Diamanten, insbesondere von Diamanten in Industriequalität mit internationaler Preismacht. Daher ist die Frage, wie die Qualität und Wachstumsgröße inländisch hergestellter einkristalliner Diamantkristalle verbessert und ihre Anwendung im Laserbereich maximiert werden kann, eine Schlüsselfrage, die gelöst werden muss.
Abb. 1 Diagramm des Versuchsaufbaus
Kürzlich nutzten die Forscher den im Inland hergestellten, großformatigen, optischen CVD-Einkristalldiamanten (4×4×7 mm3) als Raman-Verstärkungsmedium und erzielten die Raman-Laserumwandlung mit einer Wellenlänge von 1,2 μm und einem Einzelimpuls Energie von 11,2 mJ durch Verwendung eines 1 μm gepulsten Lasers als Pumpquelle in einem Oszillator mit einer Hohlraumlänge von nur 15 mm. Die Ausgangsimpulsbreite des Raman-Lasers betrug 7 ns, was einer maximalen Spitzenleistung von 1,6 MW entspricht.
Abbildung 2 Ausgangseigenschaften des Raman-Lasers (a) Energiekurve (b) Wellenformen und Spektren
Diese Studie berichtete zum ersten Mal über die Betriebsergebnisse heimischer Diamant-Raman-Laser unter Hochleistungspumpen, und die Ausgangsspitzenleistung überstieg zum ersten Mal die Megawatt-Skala und erreichte damit den höchsten internationalen Standard. Dieses Ergebnis beweist nicht nur die deutliche Verbesserung heimischer Diamantkristalle in optischer Qualität in diesem Prozess, sondern bietet Forschern auch neue Ideen, um die Leistungsgrenzen von Lasern mit spezieller Wellenlänge durch die Diamantlasertechnologie weiter zu durchbrechen und ihre Anwendungen zu erweitern.
