高出力レーザー用ダイヤモンドミラー(Diamond mirrors for high-powered lasers)

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高出力・連続ビームレーザーの熱に耐えるダイヤモンド Diamonds can withstand the heat from high-powered, continuous beam lasers

2022-05-17 ハーバード大学

現在、高出力連続波(CW)レーザーのビームを制御するためのミラーは、光学特性の異なる材料を薄くコーティングして作られたものがほとんどである。しかし、どの層にも1つでも小さな欠陥があると、強力なレーザービームが突き抜けてしまい、装置全体が故障してしまう。
鏡を単一の材料で作ることができれば、欠陥が発生する可能性を大幅に減らし、レーザーの寿命を延ばすことができます。
ハーバード大学ジョン・A・ポールソン工学・応用科学大学院(SEAS)の研究者たちは、ダイヤモンドの薄板の表面にナノ構造をエッチングすることによって、10キロワットの海軍レーザーの実験に耐えうる反射率の高い鏡を作りました。
単一材料ミラーのアプローチは、複数の材料を積層して形成した従来のミラーに大きな光パワーが照射されたときに有害な熱応力の問題を排除します。また、この技術は、高出力レーザーの改良または新しいアプリケーションを生み出す可能性があります。」と述べている。
この研究は、Nature Communicationsに掲載されています。

<関連情報>

高出力連続波レーザー用ダイヤモンドミラー Diamond mirrors for high-power continuous-wave lasers

Haig A. Atikian,Neil Sinclair,Pawel Latawiec,Xiao Xiong,Srujan Meesala,Scarlett Gauthier,Daniel Wintz,Joseph Randi,David Bernot,Sage DeFrances,Jeffrey Thomas,Michael Roman,Sean Durrant,Federico Capasso &Marko Lončar
Nature Communications  Published:11 May 2022
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-022-30335-2

Abstract

High-power continuous-wave (CW) lasers are used in a variety of areas including industry, medicine, communications, and defense. Yet, conventional optics, which are based on multi-layer coatings, are damaged when illuminated by high-power CW laser light, primarily due to thermal loading. This hampers the effectiveness, restricts the scope and utility, and raises the cost and complexity of high-power CW laser applications. Here we demonstrate monolithic and highly reflective mirrors that operate under high-power CW laser irradiation without damage. In contrast to conventional mirrors, ours are realized by etching nanostructures into the surface of single-crystal diamond, a material with exceptional optical and thermal properties. We measure reflectivities of greater than 98% and demonstrate damage-free operation using 10 kW of CW laser light at 1070 nm, focused to a spot of 750 μm diameter. In contrast, we observe damage to a conventional dielectric mirror when illuminated by the same beam. Our results initiate a new category of optics that operate under extreme conditions, which has potential to improve or create new applications of high-power lasers.

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