高功率激光器被广泛应用于包括激光制造（激光切割和焊接）、半导体工业（先进光刻技术）和医学（外科工具）等在内的许多领域。这些应用需要光学元件，特别是反射镜，能承受大的光功率来实现激光光束传输和调控。

通常高功率激光器中使用的反射镜是由不同折射率和厚度的交替薄膜介质层组成的多层涂层（10-100层）来实现高功率和不同波段的激光光束传输和调控。但是薄膜在沉积过程中或在薄膜之间的界面处产生的缺陷和缺陷，在高功率应用中，这些多层膜中的缺陷会导致激光能量被吸收，导致薄膜的局部熔化或极端热应力，从而降低器件的光学性能或导致不可逆损伤。

为了解决这个具有挑战性的问题，哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院M. Lončar教授团队利用反应离子束刻蚀技术在单晶金刚石基底上开发了具有表面纳米结构的单片金刚石反射镜，不受热影响诱发损伤，能够承受极高的激光功率。

图1. （A）尺寸大小为4.2 mm x 4.2 mm金刚石反射镜的光学图像（尺子上的每个刻度1 mm）；（B）金刚石反射镜的扫描电镜图像；（C）高尔夫球座金刚石反射镜局部放大的扫描电镜图像。[1]

金刚石具有机械硬度高、耐化学性好、相对高的折射率、宽的带隙和从紫外到远红外的较宽光学传输窗口等诸多优良性能。此外，金刚石在室温下具有超高的热导率，可迅速耗散吸收的光能，且宽带隙还可明显降低多光子吸收的影响。这些优良的性能，是金刚石用于高功率激光传输调控光学元件的必要基础。

因此，为了制备适用于高功率激光的金刚石高功率光学元件，M. Lončar教授团队通过反应离子束刻蚀技术，在化学气相沉积法生长的单晶金刚石上刻蚀面积为4.2 mm×4.2 mm大小的纳米级三维球柱状的周期性微纳结构。并通过化学腐蚀过程，可获得缺陷更少、粗糙度更低、均匀性更高，能承受极高功率激光的单片全金刚石反射镜。

通过对反射镜进行反射光谱和损伤阈值的测试，发现该反射镜的反射率大于98%，并且10 kW@1070 nm的高功率激光辐照下正常工作，并能在极端环境中长时间工作。高功率激光的反射镜制备技术，将会推动应用于高功率激光的新型单片光学元器件的开发。

参考文献：

[1] H. Atikian, P. Latawiec, X. Xiong, S. Meesala, S. Gauthier, D. Wintz, J. Randi, D.

Bernot, S. DeFrances, J. Thomas, M. Roman, S. Durrant, F. Capasso and M. Lončar, Diamond Mirror for High Power Lasers [J], arXiv:1909.06458.

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