单晶金刚石在高功率激光光学元件中的应用是其非常重要且成熟的高端应用之一。它之所以不可替代，是因为它将多种极端性能完美地结合于一身，满足了高功率激光系统对光学材料的苛刻要求。

单晶金刚石

核心应用场景

输出窗口 

- 功能：是高功率激光器真空腔体与外部环境之间的隔离窗口，允许激光束高效透过并射出，同时保持激光器内部的气体和真空环境。

- 要求：必须对激光波长有极高的透过率，并能承受激光腔内的巨大热负载而不变形、不破裂。

- 金刚石的作用：单晶金刚石是目前能满足数千瓦级以上连续波CO₂激光器输出窗口要求的唯一理想材料。

反射镜与漫反射器 

- 功能：用于引导激光光路或吸收/偏转未被利用的激光能量。

- 要求：具有极高的激光损伤阈值，能够承受直接的高功率激光照射。

- 金刚石的作用：由于其极高的热导率，金刚石反射镜能将照射点上的热量迅速横向扩散，避免局部过热，从而承受极高的功率密度。金刚石漫反射器也常用于高功率激光测量系统中。

棱镜、分束镜和其他透射式光学元件 

- 功能：用于激光束的转向、分束、合束等。

- 要求：在完成光学功能的同时，不能引入过多的热透镜效应（即受热变形导致透镜效果）。

- 金刚石的作用：极低的热膨胀系数和极高的热导率使其在激光照射下形变极小，光学性能极其稳定。

单晶金刚石的核心优势

极高的热导率 

- 这是最关键的优势。高功率激光照射在光学元件上会产生大量热量。金刚石能将这些热量瞬间从激光光斑区域传导至整个元件并通过水冷座快速散走，从而避免形成局部高温热点，而热点是导致光学元件热变形、性能下降甚至损坏的根本原因。

极高的激光损伤阈值 

- 单晶金刚石本身结构完美、杂质少，能够承受极高的激光功率密度（GW/cm²级别），不易被激光烧蚀或击穿，保证了元件在极端条件下的长期可靠性。

宽广的透光范围（从紫外到远红外，甚至太赫兹） 

- 对于应用最广泛的高功率CO₂激光器（波长10.6 μm）而言，单晶金刚石在红外波段具有极高的透过率（>70%），是理想的红外窗口材料。

极低的热膨胀系数 

- 即使在剧烈加热或冷却时，金刚石元件的尺寸变化也微乎其微。这意味着由热引起的焦距变化（热透镜效应）和面形畸变都非常小，能保持激光光束的质量和稳定性。

极高的硬度和优异的化学稳定性 

- 表面极其耐磨，不易被划伤，易于清洁，且能抵抗大多数化学腐蚀，使用寿命极长，几乎无需更换。

单晶金刚石是高功率激光器，特别是千瓦级以上红外激光系统光学元件的“性能天花板”。它通过其无与伦比的散热能力，解决了高功率密度下光学元件的热管理难题，确保了激光束的稳定传输和优良质量。虽然成本和尺寸限制了其普及性，但在那些对功率、可靠性和光束质量有极致要求的尖端领域，单晶金刚石光学元件是无可替代的关键组成部分。随着CVD生长技术的进步，其成本和尺寸问题有望逐步缓解，应用前景将更加广阔。

单晶金刚石欢迎咨询长春博盛智芯科技，0431-85916189