文章精选：金刚石激光半导体
摘 要：具备不同波长的高亮度激光在国防、产业、性命科学等诸多范围表现注意要影响。然则受限于现有办事物资固有的光谱特征和热物性，保守粒子数回转激光器的波长和输出功率难以两全，以至致使激光在功率晋升岁月束亮度不升反降。为了战胜该困难，近几年人们行使非线性光学技巧对光束净化开展了洪量钻研，行将粒子数回转激光器输出的低光束品质的光束，经历受激拉曼或受激布里渊散射等效应更改成高光束品质激光输出。个中，金刚石晶体以其高拉曼增益系数、极高的热导率和极宽的光谱透过规模等性质，在完结高效率拉曼波长更改的同时揭示出优越的光束亮度加强特征，为人们取得高功率、高亮度激光光束供给了新的技巧路线。文中对基于金刚石的一阶和级联拉曼更改的光束亮度加强钻研施行了综述，并环抱其潜在的运用施行了讨论。
关键词：激光技巧；金刚石；受激拉曼散射；亮度加强；高功率
引 言
具备高功率、高亮度的激光在国防、空间探测、遥感等范围有注意要的运用。办事波长的拓展以及输出功率的晋升是激光技巧的两个紧急起色方位，在保守粒子数回转激光器中，激光的输出波长是由办事物资的固有发射光谱决计的，是以有限的激活离子品种使得激光的办事波长遭到肯定的限制。其它，在激光功率晋升的流程中，办事物资内部加重积蓄的热效应将激发如热致双折射、热透镜等背面效应，致使输出激光的空间关系性(如空间散布、散发角等)恶化，以至浮现光束的亮度随功率的晋升反而升高的形势。
图1揭示了具备不同波长的高功率、高关系光源的模范运用及猎取此类光源面临的挑战。
激光介质中有限的热负载技能是障碍激光功率和亮度晋升的中心题目，为了也许在增多激光输出功率的同时升高热效应等背面效应对激亮光度的影响，人们将激光办事物资制成板条、光纤、薄片等机关以增多单元体积增益介质的表面积，并连接外部散热技巧升高热效应的影响。个中，光纤激光器运用最为普遍，并曾经完结了kW级的高功率单模激光输出。但是，为了完结高功率激光输出，一方面须要增多办事物资的体积以抬高系统的储能，这无疑增多了散热的难度；
另一方面，办事物资表面积的增多将致使介质内部单元体积的光束模体积升高，引发非线性效应阈值升高，使输出激光的功率和光谱浮现扰动。是以，找到具备高热负载技能的办事物资，是从“泉源”管理激光功率晋升中亮度退步的紧急手法，但可惜的是现在尚无一种激光办事物资也许餍足人们的希望。因而人们探究将激光器形成的光束品质恶化无奈按捺(或须要经历繁杂计算、以阵亡更改效率等为价钱才华按捺)的激光光束直接输出，而后经历非线性光学等手法将其转折成高品质的基模光束输出，以消除因功率晋升以及办事物资固有的背面影响，人们将此办法称之为“光束净化”。
基于三阶非线性光学效应——受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)的激光器和夸大器是完结光束净化的紧要手法，其办事道理是：在受激散射和夸大的流程中，泵浦光的相位和振幅畸变在介质的声子场中耗散，泵浦光中惟有不包罗空间畸变的能量才会被转变到Stokes场，由于Stokes光的空间增益是泵浦场和Stokes场的卷积，是以Stokes光经历屡屡夸大后也许完结近衍射极限的高斯空间散布输出。
现在，人们曾经行使SRS和SBS效应，别离在波导(光纤)和空间机关中获患有有用的光束净化。比拟于SBS较小的频移，基于SRS的拉曼激光器和夸大器在完结光束净化的同时还也许完结波长的更改，取得粒子数回转激光器无奈直接取得的高亮度、非凡波长输出。光纤拉曼激光器以其高更改效率等长处已被普遍用于形成高功率激光，并揭示精彩的亮度加强特征。
但是，跟着泵浦功率的进一步增多，光纤中伴有而来的固有横模形式不稳固(TMI)形势和在四波混频的影响下拉曼光纤激光器浮现严峻的光谱展宽效应，障碍了其在亮度和输出功率方面的进一步晋升。
是以，探究非波导型机关的技巧办法完结高功率、高亮度激光数输出具备紧急的意义，而自如空间运行的拉曼激光器成为紧急的冲破口。为了取得高效率的自如空间拉曼激光运行并完结光束净化，须要一个具备高拉曼增益、高损伤阈值、高热导率等特征的材料做为拉曼增益介质。
保守的晶体拉曼介质有YVO4、Ba(NO3)2等，然则受制于相对较低的热导率、热散布系数等，这些晶体险些无奈完结高功率拉曼激光运行，其亮度加强成效并不显然。为了冲破保守介质的瓶颈，具备极高热导率、高拉曼增益系数和宽光谱透过规模的金刚石晶体成为高功率拉曼激光器的新抉择。钻研成效讲明，金刚石晶体在一阶和级联拉曼更改中胜利完结了高功率和大标准亮度加强。
文中先容了金刚石拉曼激光器的进揭示状，并对金刚石拉曼激光器在光束净化和亮度加强的钻研起色施行了综述，并环抱其潜在的运用施行了讨论。
金刚石拉曼激光器
1.1金刚石晶体的特征
金刚石晶体以其优越的光学和热物性，已在非线性光学、热传导、光学窗口等范围成为现在炙手可热的晶体材料。
图2为金刚石的热导率和透射光谱规模与其余罕见晶体材料的比拟。从图中也许看出，金刚石的热导率远高于现在已知的晶体材料(是罕用激光晶体YVO4的多倍、YAG的多倍)；其余，比拟于罕见的拉曼晶体YVO4以及光学材料，金刚石的光谱透过规模更宽，在紫外、看来光、近红外及长波红外均具备极高的透过率。
表1为金刚石与罕见拉曼晶体的特征比拟，也许看出金刚石晶体的拉曼增益和拉曼频移均高于其余拉曼晶体，其热导率也是其余罕见拉曼晶体的几百倍以至上千倍。基于以上的优越特征可知，比拟于保守的晶体拉曼激光器而言，金刚石拉曼激光器也许担当更高的泵浦功率，可泵浦和发射的波长规模更广，且在雷同的泵浦波长情形下只要要更少的阶次就也许抵达希望波长除此以外，极高的热稳固性也使得金刚石也许在高温、高强度的严酷办事前提下显露优越的本能。
1.2金刚石拉曼激光器
早在年，钻研人员就在自然金刚石中视察到拉曼散射形势，由于自然金刚石的光学品质无奈餍足做为拉曼增益介质的请求，是以金刚石拉曼激光器并未引发人们的充沛
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