激光技术对材料的耐高温、透光性、导热性及结构稳定性要求严苛，而金刚石恰好具备 “全能型” 性能：
• 导热性全球顶尖：热导率高达 2000-2200 W/(m・K)，是铜的 5 倍、硅的 10 倍，能快速导出激光器件产生的高热量；
• 宽光谱透光范围：在 225 nm（深紫外）至 25 μm（远红外）波段透光率超 70%，覆盖绝大多数激光波长；
• 机械与化学稳定性：莫氏硬度 10 级，耐磨损、抗冲击，且在高温（可达 1000℃）、强辐射环境下不氧化、不降解；
• 禁带宽度大：5.47 eV 的宽禁带使其具备优异的绝缘性和抗激光损伤阈值（LIDT），可承受兆瓦级高功率激光照射。
金刚石在激光领域的核心应用场景
（一）高功率激光窗口与光学元件
高功率激光器（如 CO₂激光器、光纤激光器）工作时，光学窗口需同时满足 “透光” 与 “耐热” 双重需求。传统石英、蓝宝石窗口易因热量积累导致变形、炸裂，而金刚石窗口展现出不可替代的优势：
• 应用场景：工业高功率激光切割 / 焊接设备的输出窗口、核聚变实验装置的激光诊断窗口、深空探测激光雷达的光学透镜；
• 技术突破：化学气相沉积（CVD）制备的大尺寸（直径可达 100 mm）单晶金刚石窗口，抗激光损伤阈值达 50 J/cm²（1064 nm，10 ns 脉冲），是石英窗口的 3-5 倍，可稳定承受 10 kW 以上激光功率；
（二）激光增益介质：新型金刚石激光器
传统激光器（如 Nd:YAG、光纤激光器）受限于增益介质的波长范围与稳定性，而掺杂金刚石（如 Cr³⁺、Ni²⁺、N-V 中心掺杂）为激光器升级提供了新路径：
• 工作原理：掺杂离子在激光泵浦下实现能级跃迁，产生受激辐射。例如 Cr³⁺掺杂金刚石可输出 700-900 nm 近红外激光，N-V 中心掺杂金刚石则可实现单光子激光。
• 核心优势：波长可调谐范围宽（400-2500 nm）、量子效率高（可达 60%）、热稳定性好，且体积小巧（可制成微米级微腔激光器）。
• 应用方向：医疗激光（皮肤治疗、眼科手术）、量子通信（单光子光源）、精密传感（激光雷达）。2023 年，美国加州大学团队研发的 Cr: 金刚石激光器，输出功率达 1.2 W，光束质量因子 M²<1.1，已用于生物组织成像。
（三）激光器件高效散热元件
激光二极管（LD）、泵浦源、激光芯片等核心器件的散热效率直接决定其功率密度与寿命。金刚石凭借超高导热性，成为高端激光器件的 “散热核心”：
• 应用形式：金刚石散热基板（CVD 金刚石薄膜沉积于硅、铜衬底）、金刚石微通道散热器、激光芯片直接键合金刚石散热片；
• 性能提升：采用金刚石散热基板的激光二极管，工作温度从 85℃降至 42℃，输出功率提升 30%，寿命延长 5 倍；高功率光纤激光器的泵浦模块采用金刚石散热器后，功率密度突破 500 W/cm²，远超传统铜散热器的 150 W/cm²；
• 重点领域：5G 通信激光模块、车载激光雷达、航天航空高功率激光系统。
（四）激光加工工具：超硬耐磨的 “加工利器”
激光加工（切割、钻孔、刻蚀）硬脆材料（如陶瓷、蓝宝石、碳化硅）时，工具易磨损，而金刚石基工具可解决这一痛点：
• 金刚石涂层激光刀具：在硬质合金刀具表面沉积纳米金刚石薄膜，硬度提升 3 倍，加工蓝宝石时刀具寿命延长 10 倍，且切割边缘粗糙度 Ra<0.1 μm；
• 金刚石激光砂轮：用于精密磨削光学玻璃、半导体晶圆，磨削效率比传统氧化铝砂轮高 5 倍，且工件表面无划痕；
• 新型应用：飞秒激光辅助金刚石微纳加工，可制备直径 1 μm 的金刚石喷嘴，用于激光 3D 打印的高精度送粉。
金刚石以其 “性能无短板” 的特质，正在重构激光技术的性能边界。从高功率激光设备的 “坚韧窗口”，到微型激光器的 “核心增益介质”，再到精密器件的 “高效散热器”，金刚石的应用深度与广度持续拓展。
随着制备技术的成熟与成本的下降，金刚石将成为激光技术向 “更高功率、更小型化、更稳定可靠” 发展的关键支撑，推动工业制造、医疗健康、航空航天等领域的技术革新。
化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂、氮掺杂)和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。
