研究背景
高光束质量的高功率激光器在空间探索、高能物理及国防安全等领域具有广泛应用。通过采用大尺寸增益介质，可以实现更大的增益体积并提升热管理的灵活性。然而由于增益介质储能及材料热物性限制，虽然粒子数反转激光器利用大尺寸晶体实现了激光功率的提升，但是传统晶体尺寸的增加并不能完全解决热积累所导致的热效应问题。
金刚石凭借其卓越的热导率、高抗损伤能力和化学惰性，被广泛视为高能激光技术的理想材料。同时，作为非线性晶体，金刚石凭借超高的拉曼增益和布里渊增益，在非线性光学转换领域展现了巨大的应用潜力，使其在实现高功率高光束质量激光输出方面具有无可比拟的优势。目前，人们利用通光孔径仅为平方毫米（mm²）的金刚石晶体，已经实现了稳态功率千瓦级以及峰值功率兆瓦级的高功率输出。
研究内容
近日，河北工业大学白振旭和吕志伟教授领衔的金刚石激光技术及应用团队，从高功率金刚石激光器发展的前沿视角，详细阐述了金刚石晶体尺寸对高功率激光输出性能的关键影响。团队基于光热分析研究和金刚石晶体生长技术的最新进展，提出大尺寸金刚石晶体将开启高功率激光器发展的全新领域。研究通过建立基于常用端面泵浦结构的热分析模型（图 1），展示了金刚石晶体的温度分布与应力分布。对比不同尺寸金刚石晶体与传统反转粒子晶体、传统拉曼晶体在高热负载下的温度分布与应力分布后，研究证明，大尺寸金刚石晶体能够显著缓解热效应，进一步提升高功率激光器的性能。
