世界不思議

單一金剛石材料製成之鏡面,能引導燒穿鋼鐵的高功率雷射光束


自 1970 年以來,汽車、火車、飛機幾乎都是用高功率雷射光束切割製造,這種光束強到足以切割鋼鐵,精確到可進行手術,強大到可將訊息傳送到深空,而問題便在於需引導光束的組件一不小心就會被燒壞。哈佛大學團隊為此利用金剛石製造一種新鏡子,堅硬到可承受能燒穿鋼鐵的雷射光束。

目前,在高功率連續波(continuous wave,CW)裝置中用來引導光束的鏡子,都是透過具不同光學特性的材料層層堆疊製成、控制雷射光束穿透鏡子。然而,只要任何一層出現半點微小缺陷,強大的雷射光束就會燒穿鏡子導致整個設備毀壞。

若能改用單一材料製作鏡子,便能降低缺陷的出現機率並延長裝置使用年限。但有什麼材料足夠堅固?

哈佛大學團隊於是鎖定地球上最堅硬材料之一:金剛石(打磨後就是鑽石)。

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藉由在薄金剛石片表面刻滿尺寸僅 3 x 3 毫米、像高爾夫球架的 T 形奈米結構(上寬下窄),團隊製造出具 98.9% 反射率的新鏡面,可承受美國海軍用於研究的 10kW 雷射光束。這道光束強度已足以燒穿鋼鐵,但鏡子卻毫髮無傷地承受了。

新金剛石鏡也解決傳統多材料疊層反射鏡的發熱問題,將能應用於半導體製造、國防、深空通訊等多領域,改進現有高功率雷射裝置。

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新論文發表在《自然通訊》(Nature Communications)期刊。

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