斯特萊斯克萊德大學(xué) (University of Strathclyde) Institute of Photonics（光子學(xué)研究所）的研究人員已經(jīng)啟動(dòng)了一個(gè)為期3年半的項(xiàng)目，目的是開(kāi)發(fā)一種新型固態(tài)激光器設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)將采用 Element Six Ltd 制造的 CVD（化學(xué)氣相沉積）金剛石。Element Six 在 CVD金剛石合成及其應(yīng)用領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平。
　　
　　金剛石拉曼 (Raman) 激光器的開(kāi)發(fā)可開(kāi)辟眾多新的應(yīng)用領(lǐng)域，如水下成像、醫(yī)學(xué)成像、眼科學(xué)、癌癥治療以及多光譜成像。該項(xiàng)目將由斯特萊斯克萊德大學(xué) Institute of Photonics 的 Alan Kemp 博士負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)，獲得了由英國(guó)政府資助的英國(guó)工程與自然科學(xué)研究理事會(huì) (Engineering and Physical Sciences Research Council，EPSRC) 提供的600,000多英鎊基金。
　　
　　將金剛石用作固態(tài)激光材料為設(shè)計(jì)小而緊湊的固態(tài)激光器帶來(lái)了新的機(jī)遇，這些激光器將具備更強(qiáng)的功率承載能力，并在當(dāng)前無(wú)法獲得的波長(zhǎng)下運(yùn)行， 因而會(huì)開(kāi)辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。金剛石擁有獨(dú)特的光學(xué)和熱學(xué)綜合特性，因此非常適合于這些應(yīng)用，通過(guò) Element Six 生產(chǎn)的最新單晶 CVD 材料可以利用這些特性。例如，拉曼激光器已經(jīng)利用硅等材料被開(kāi)發(fā)出來(lái)，而且正被用于電信領(lǐng)域，而利用金剛石則可以將其性能提升至新的功率水平和更多的波 長(zhǎng)。
　　
　　拉曼激光器的工作原理
　　
　　拉曼激光器利用的是一種于1922年發(fā)現(xiàn)的稱為“拉曼散射”(Raman Scattering) 的現(xiàn)象。當(dāng)光子撞擊一種物質(zhì)時(shí)，其中一小部分光子會(huì)使物質(zhì)的原子發(fā)生振動(dòng)，從而產(chǎn)生相互作用。在這種“非彈性”碰撞中，光子會(huì)增加或損失一定量的能量，其 結(jié)果則是產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的光。拉曼激光器可通過(guò)振蕩次級(jí)光并將能量注入系統(tǒng)內(nèi)來(lái)放大次級(jí)光，從而發(fā)出連貫的激光束。
　　
　　這種激光器的重要性在于它可改變波長(zhǎng)。正如 Kemp 博士所說(shuō)，這種改變波長(zhǎng)的能力“有助于利用光譜中應(yīng)用范圍廣但目前卻光源匱乏的黃光至橙光區(qū)間”。如今，大多數(shù)商業(yè)激光器都在光譜的近紅外區(qū)（0.8 - 1.1微米）工作，在1微米附近（1.03 - 1.07微米）尤為集中，大部分高性能激光器工作都是在這一區(qū)間完成的。Kemp 博士表示：“或許現(xiàn)代固態(tài)激光工程中最大的挑戰(zhàn)就在于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生新波長(zhǎng)但同時(shí)盡量保持目前激光器便利性和性能的方法。”
　　
　　合成金剛石的潛力
　　
　　另外，由于熱量問(wèn)題，目前的幾代連續(xù)波固態(tài)拉曼激光器被局限于區(qū)區(qū)數(shù)瓦的功率。
　　
　　金剛石具有很強(qiáng)的導(dǎo)熱性和較低的熱膨脹系數(shù)，因而擁有更大的功率承載能力。Kemp 博士指出：“激光工程中最不受關(guān)注但卻最普遍的問(wèn)題是如何處理熱能，尤其是當(dāng)你希望在小封裝中實(shí)現(xiàn)高性能的時(shí)候。在高功率拉曼激光器中這一問(wèn)題尤為突出， 因?yàn)槟軌虺蔀楹芎玫睦D(zhuǎn)換器的晶體通常導(dǎo)熱性很差。于是金剛石便有了它的用武之地。金剛石的導(dǎo)熱性比常用的拉曼旋光晶體高出兩到三個(gè)數(shù)量級(jí)，它應(yīng)該是一 種出色的拉曼介質(zhì)，使我們能夠?qū)崿F(xiàn)更高的輸出功率。”此外，與目前使用的拉曼旋光晶體相比，金剛石改變波長(zhǎng)的能力更強(qiáng)一些，這可能會(huì)增加它的應(yīng)用潛力。 Element Six 技術(shù)經(jīng)理 Chris Wort 補(bǔ)充說(shuō)：“Institute of Physics 的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的拉曼介質(zhì)相比，金剛石擁有更高的拉曼增益系數(shù)和更大的拉曼位移。”
　　
　　Element Six 所供應(yīng)的金剛石的一個(gè)重要特征是它表現(xiàn)出超低的雙折射。如果光的偏振改變，介質(zhì)中的光速便會(huì)發(fā)生變化，這時(shí)就會(huì)發(fā)生雙折射。在激光腔中要仔細(xì)控制這種現(xiàn)象 需要才能讓激光更好地工作。Kemp 博士表示：“對(duì)于金剛石的所有光子學(xué)應(yīng)用，尤其是對(duì)于激光應(yīng)用而言，E6 生產(chǎn)的超低雙折射單晶 CVD 金剛石是向前邁出的堅(jiān)實(shí)一步。它使得我們可以利用金剛石的卓越特性，而又不損害激光其它方面的性能。”
　　
　　Element Six 將在這個(gè)項(xiàng)目的整個(gè)過(guò)程中為研究團(tuán)隊(duì)提供高質(zhì)量的單晶 CVD 金剛石。Institute of Photonics 與 Element Six 有著良好的合作關(guān)系。例如，先前雙方曾在政府支持的 MIDDI 項(xiàng)目中進(jìn)行了合作。該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了對(duì)單晶金剛石微光學(xué)元件實(shí)施精密蝕刻的能力。