金剛石憑借其超高熱導率、寬譜透光性以及卓越的物理化學穩(wěn)定性，成為極端環(huán)境下光電器件的理想選擇。同時，金剛石還具備出色的拉曼特性，如具有已知晶體中最大的拉曼頻移（1332 cm-1）和極高的拉曼增益系數（~10 cm/GW），使其成為擴展激光波長、提升激光輸出功率的理想增益介質。然而，大尺寸、高品質金剛石晶體的制備技術長期被國外壟斷，嚴重制約了我國高性能激光光源的發(fā)展。

近日，鄭州大學金剛石材料與器件團隊在金剛石激光晶體制備及拉曼激光技術方面取得重要進展。相關研究成果以Q-switched sub-nanosecond high-peak-power eye-safe intracavity cascaded diamond Raman laser為題，發(fā)表在Optics & Laser Technology期刊上。

研究團隊攻克了大尺寸、低應力金剛石單晶制備以及低粗糙度、高平行度金剛石晶體加工等關鍵技術，研制出光學性能優(yōu)異的金剛石拉曼激光晶體?；谧灾髦苽涞慕饎偸す饩w，團隊成功開發(fā)出具有<1 ns脈沖寬度、MW級峰值功率和kHz高重頻的人眼安全波段金剛石拉曼激光器。這一成果標志著團隊在高質量金剛石激光晶體材料及拉曼激光技術方面取得了重要進展。

圖1 團隊自主生長的大尺寸金剛石拉曼晶體

團隊通過構建V型折疊腔和短拉曼腔結構，利用拉曼誘導腔倒空效應，實現了激光能量的快速釋放，最終獲得脈沖寬度僅為0.6 ns、峰值功率高達913.3 kW的1.45 µm人眼安全波段金剛石拉曼激光器，刷新了國際上同類型器件性能紀錄。此外，該激光器還展現出高的重復頻率（1-10 kHz）與良好的光束質量（M² < 1.5），可滿足衛(wèi)星測距等遠距離、高精度探測場景的應用需求。

圖2 金剛石拉曼激光器實驗裝置（左）及輸出特性（右）

大尺寸高質量金剛石激光晶體的國產化將大幅降低拉曼激光器件的制造成本，為相關產業(yè)的發(fā)展注入強勁動力。未來，團隊將繼續(xù)優(yōu)化金剛石晶體生長工藝，提升拉曼激光器件輸出性能，推動我國拉曼晶體生長和激光技術的不斷進步。

相關資料：Q-switched sub-nanosecond high-peak-power eye-safe intracavity diamond cascaded Raman laser, Optics and Laser Technology, 2025, 187, 112843.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0030399225004347?dgcid=author

?鄭州大學金剛石材料與器件研究組成立于2015年3月，依托鄭州大學物理工程學院、材料物理教育部重點實驗室和河南省金剛石光電材料與器件重點實驗室，研究組面積約1200 m2，設備總值約3700余萬元。主要依托河南省在金剛石超硬材料方面的產業(yè)優(yōu)勢，開展金剛石等功能材料與器件研究，以拓展金剛石基材料除了硬度之外的其它應用。實驗室儀器設備涵蓋了金剛石薄膜生長、單晶合成、材料表征、器件制備，以及功能應用等方面。