金刚石凭借其超高热导率、宽谱透光性以及卓越的物理化学稳定性，成为极端环境下光电器件的理想选择。同时，金刚石还具备出色的拉曼特性，如具有已知晶体中最大的拉曼频移（1332 cm-1）和极高的拉曼增益系数（~10 cm/GW），使其成为扩展激光波长、提升激光输出功率的理想增益介质。然而，大尺寸、高品质金刚石晶体的制备技术长期被国外垄断，严重制约了我国高性能激光光源的发展。
近日，郑州大学金刚石材料与器件团队在金刚石激光晶体制备及拉曼激光技术方面取得重要进展。相关研究成果以Q-switched sub-nanosecond high-peak-power eye-safe intracavity cascaded diamond Raman laser为题，发表在Optics & Laser Technology期刊上。
研究团队攻克了大尺寸、低应力金刚石单晶制备以及低粗糙度、高平行度金刚石晶体加工等关键技术，研制出光学性能优异的金刚石拉曼激光晶体。基于自主制备的金刚石激光晶体，团队成功开发出具有<1 ns脉冲宽度、MW级峰值功率和kHz高重频的人眼安全波段金刚石拉曼激光器。这一成果标志着团队在高质量金刚石激光晶体材料及拉曼激光技术方面取得了重要进展。
图1 团队自主生长的大尺寸金刚石拉曼晶体
团队通过构建V型折叠腔和短拉曼腔结构，利用拉曼诱导腔倒空效应，实现了激光能量的快速释放，最终获得脉冲宽度仅为0.6 ns、峰值功率高达913.3 kW的1.45 µm人眼安全波段金刚石拉曼激光器，刷新了国际上同类型器件性能纪录。此外，该激光器还展现出高的重复频率（1-10 kHz）与良好的光束质量（M² < 1.5），可满足卫星测距等远距离、高精度探测场景的应用需求。
图2 金刚石拉曼激光器实验装置（左）及输出特性（右）
大尺寸高质量金刚石激光晶体的国产化将大幅降低拉曼激光器件的制造成本，为相关产业的发展注入强劲动力。未来，团队将继续优化金刚石晶体生长工艺，提升拉曼激光器件输出性能，推动我国拉曼晶体生长和激光技术的不断进步。
相关资料：Q-switched sub-nanosecond high-peak-power eye-safe intracavity diamond cascaded Raman laser, Optics and Laser Technology, 2025, 187, 112843.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0030399225004347?dgcid=author
▶郑州大学金刚石材料与器件研究组成立于2015年3月，依托郑州大学物理工程学院、材料物理教育部重点实验室和河南省金刚石光电材料与器件重点实验室，研究组面积约1200 m2，设备总值约3700余万元。主要依托河南省在金刚石超硬材料方面的产业优势，开展金刚石等功能材料与器件研究，以拓展金刚石基材料除了硬度之外的其它应用。实验室仪器设备涵盖了金刚石薄膜生长、单晶合成、材料表征、器件制备，以及功能应用等方面。
