哈佛团队开发新钻石镜面 可承受足以烧穿钢铁的激光

2022年05月24日 10:37 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

从制造业到深空通信,高功率激光器无所不能,而更强大的激光器的不断发展要求我们重新思考负责引导光束的部件。这使得哈佛大学的一个工程师团队转向了已知最坚固的材料之一--钻石,他们用它来形成一个新的镜子,可以承受足以烧穿钢铁的激光束。

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这种坚固的新镜子是针对当今高功率连续波激光系统的一些缺点而开发的。用于引导这些激光器中的光束的镜子是由具有不同光学特性的薄层材料形成的。如果这些层中的一个有哪怕是微小的缺陷,激光就会烧穿镜子,而不是从镜子上反弹,使整个操作失败。

一个更简单的方法可能是为整个镜子使用单一的材料,以限制缺陷的可能性,但这并不像抓起你能找到的最坚硬的材料之一并将其用于工作那么简单。为了形成他们的新钻石镜,研究小组不得不利用最初为在钻石中雕刻纳米级结构而开发的尖端蚀刻技术,以用于量子光学和通信。

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论文的第一作者Haig Atikian说:“我们想,为什么不把我们为量子应用开发的东西用于更经典的东西呢?”

这涉及到使用离子束在尺寸仅为3 x 3毫米(0.1 x 0.1英寸)的钻石薄片表面上蚀刻微小的高尔夫球状结构。这些结构使钻石镜面具有反射特性,科学家们得出了98.9%的反射率,作为帮助保持其耐久性的甜蜜点。

该论文的共同作者Neil Sinclair说:“你可以制造出反射率为99.999%的反射器,但这些反射器有10-20层,这对低功率激光来说是可以的,但肯定无法承受高功率。”

科学家们将他们的新镜子放在美国海军用于研究的10千瓦激光器前进行测试,他们指出这种激光器的强度足以烧穿钢铁。镜子完全没有受到影响。

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Atikian说:“这项研究的卖点是,我们有一个10千瓦的激光器聚焦到一个3x3毫米的钻石上的750微米的点,这是一个非常小的点上的大量能量,而我们没有烧毁它。这很重要,因为随着激光系统变得越来越耗电,你需要想出创造性的方法来使光学元件更加坚固。”

科学家们正在探索该技术的商业化,并设想他们的新钻石镜面可用于推动从半导体制造和国防到深空通信和工业制造等领域。

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该论文的资深作者Marko Loncar说:“我们的单材料镜面方法消除了热应力问题,这些问题对由多材料堆叠形成的传统镜面在大光功率照射下是有害的。这种方法有可能改善或创造高功率激光器的新应用。”

该研究发表在《自然-通讯》杂志上。

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