大尺寸光学级金刚石片的应用

长脉冲大功率回旋管
、、、高功率 CO2 激光器、、、
、极端环境下红外(10. 6 μm)成像系统的不断发展，，对光学窗口的性能提出了越来越高的要求。。传统硒化锌、、、、氧化钺、
、、
、氮化硼、、氧化铝等材料已达到其本身的物理极限，，无法满足当前应用场景的需求，，作为综合性能优异的光学材料，，金刚石成为复杂光学及准光学系统在极端工况下唯一可选的输能窗口材料。。
。以下是金刚石作为光学材料的几大应用：

1
、
、、兆瓦级回旋管育口

核聚变工程中长脉冲大功率回旋管的单管功率越来越高，，，，目前各国兆瓦级回旋管的能量输出窗口基本都采用了金刚石材料，，，图 8(a)是 Diamond materials 公司展示的高功率微波窗口
。。。。ITER系统中的 ECRH 系统需要配备 56 个环形金刚石窗口。
。
。德国 W-7 仿星器聚变装置使用了 10 支兆瓦级回旋管，，这些回旋管都使用了直径 106 mm 厚度1. 81 mm 的金刚石窗口[82]
。。。。聚变金刚石窗口的直径一般要求 3~5 英寸(>76 mm)
，，，厚度根据频率(70~170 GHz)不同一般在 11~225 mm 之间
，，损耗正切要求 tan8<2X 10-。
。。。最近正在研发的金刚石布鲁斯特窗直径需要达到 180 mm，，，厚度需要达到2 mm
。。大尺寸高品质金刚石微波窗口制备难度大，，目前国际上只有 E6,Diamond materials 等少数几家单位具备这一能力。。

2
、、、高功率 CO2激光窗口

目前，，，，线宽小于 7 nm 的芯片晶圆，，，普遍采用极紫外线(EUV)光刻机生产，，，
，而 EUV 光源需要高功率(>20 kw)CO₂激光器的激发
。。。。为避免高功率下窗片温度梯度导致的热透镜效应，，，激光器的能量输出窗口目前只能采用具有高光学透过、、、低吸收系数
、、、低膨胀系数、、、、超高导热以及高强度性能的光学级金刚石，，，图 8(b)展示了 E6 公司的高功率金刚石光学窗口。。。除了大尺寸和低吸收系数等要求之外，，，，金刚石窗片加工的平坦度对减小波前像差以及提高光学系统效率至关重要。
。。。E6 公司生产的直径 80 mm 金刚石窗片的平坦度目前可以达到2/4(633 nm)，，，在直径 45 mm 区域内
，
，平坦度达到 2/15(633 nm)
。
。因此，，大尺寸金刚石光学元件的高精密加工是一项极富挑战性的工作。。
。

3、、、
、红外热成像系统窗口

工作在红外窗区(10. 6 μm)的红外制导及追踪武器装备都离不开红外热成像系统，，，
，红外光学窗口(整流罩)是红外热成像系统的重要组件，，，起到隔离大气、
、保护内部结构以及传输红外信号的作用。
。。。极端恶劣的工作环境要求作为整流罩的红外光学窗口必须同时满足高强度、、高导热、、、、高光学透过、
、低光学自发射率、、耐砂蚀和雨蚀、
、抗热震等性能。。。对比其他材料，，金刚石以其良好的力学、
、、热学、、光学
、、化学和物理稳定性成为红外光学窗口应用的最佳材料。。。。早在 1999 年国外就实现了金刚石红外头望的制备，，
，，如图 4(c)所示。。。
。然而，，，金刚石红外头罩的抛光也是一项极其困难的工作，
，，以至于当初 Raytheon 公司都没能找到精确控制表面成形的方法。
。。

此外，
，，作为集多种优异性能于一身的宽光谱透过光学材料(220 nm 至大于 50 μm),光学级金刚石在 X 射线窗口、、、
、X 射线靶、、、、同步辐射加速器光束线红外窗口和用于空间分辨的分束器等领域都发挥重要作用
。。图 9 展示了光学级金刚石在不同光谱范围内应用时所用到的主要物理特性。。。。

尊龙时凯专注于宽禁带半导体材料研发、、、生产和销售，
，致力于成为全球领先的宽禁带半导体材料制造商，
，，，目前已有光学级单晶金刚石和多晶金刚石，，
，其中单晶金刚石窗口片透过率>71%，，，，热导率2000W/(m.k)，，，表面粗糙度Ra＜1nm
；多晶金刚石金刚石窗口片，，光学透过率＞65%
，，，热导率＞1800W/(m.K)，，，表面粗糙度Ra＜1nm。。尊龙时凯高质量金刚石窗口材料，，，，已应用于碟片激光器、、、拉曼激光器等大功率激光器及探测器等领域。。。