金刚石光学应用——红外波段: 高能激光武器窗口

作为定向能武器之一，激光武器常指一种需要机载、舰载、车载或天基卫星( 如装载在受天气因素制约较小的飞机或高空武器平台上) ，利用高功率激光束的巨大能量所产生的热效应，对打击目标( 如无人机、炮弹、快艇、敌方人员、车辆、光学传感器、卫星、导弹和飞机等) 进行力学破坏与热辐射破坏，进而达到定向杀伤目标目的的一种武器，具有快速、灵活、精确和使用成本低等特点。高能激光武器的核心部件是高功率激光器，目前高功率激光器主要包括高功率气体激光器( 如 CO2 激光器) 、高能固体激光器( 如 YAG，钕玻璃激光器) 、高功率化学激光器( 如化学氧碘激光器 COIL，氟氘激光器 DF) 等几类，而 CO2 激光器是目前输出功率最高的一种激光器，具有效率高、易 于 调 制 的 特 点，所输出的激光波长为10.6 μm。这种激光器的核心是放电管、后腔反射镜、前腔窗口组成的谐振腔，后腔反射镜通常为金属制成的全反射镜，前腔窗口则是由红外介质材料组成。为了发挥高能激光武器的作用，使得高功率激光透过且不引起窗口的损坏，前腔窗口必须在能够保证承受 MW 级别能量的同时，还不会使得高能激光束的波前发生畸变。造成光束波前畸变，主要是由于窗口介质材料会吸收激光，导致能量在激光窗口内外聚集，当窗口材料热光系数以及热膨胀系数都为正值时，热量集聚在此类材料上必然导致热透镜效应。因此，耐高功率耐高频输出窗的研制已成为限制高功率激光器发展的一个瓶颈问题。以传统的 ZnS 窗口为例，高功率的 CO2 激光器会在激光通过时引起介质窗的温度发生梯度性变化，导致折射率梯度畸变，最终使得光束发生畸变; 相反，对于金刚石介质窗，由于热导率很大，引起温度梯度和折射率梯度变化很小，光束不会畸变。

来源：

金刚石光学窗口相关元件的研究进展

王伟华1，代 兵1，王 杨1，舒国阳1，姚凯丽1，刘本建1，赵继文1，刘 康1，杨 磊2，朱嘉琦1，3，韩杰才1( 1. 特种环境复合材料技术国家级重点实验室( 哈尔滨工业大学) ，哈尔滨 150001; 2. 哈尔滨工业大学 分析测试中心，哈尔滨 150001; 3. 微系统与微结构制造教育部重点实验室( 哈尔滨工业大学) ，哈尔滨 150001)