拉曼激光器凭借宽波长调谐范围、高光束质量等优势，在天文观测、激光加工、医疗成像等领域不可或缺。但高功率运行时，有源区热流密度可达 1000 W/cm² 以上，导致器件热阻升高、输出功率衰减、寿命缩短 —— 传统氮化铝（AlN）热沉（热导率 230W/(K・m)）已无法满足需求。金刚石热沉片以其超高热导率（最高 1800W/(K・m) 以上）、优异热稳定性及化学惰性，成为解决该瓶颈的核心材料，其应用直接推动拉曼激光器向高功率、小型化、长寿命方向突破。
（一）高功率连续波拉曼激光器散热优化
在高功率连续运行场景中，金刚石热沉片的低热阻特性尤为关键。某实验采用 CVD 金刚石作为过渡热沉，封装 976nm 半导体激光器芯片，通过倒装烧结工艺与铟焊料匹配热膨胀系数（砷化镓芯片热膨胀系数 4.5×10⁻⁶/K），将器件热阻从氮化铝热沉的 2.91℃/W 降至 1.74℃/W，注入电流 25A 时结温仅 53.94℃，输出功率平均值达 24.0W，较传统方案提升 30% 以上。这种散热优化使拉曼激光器在工业切割、激光熔覆等领域的连续工作时间从数百小时延长至数千小时。
（二）钠导星激光器的功率突破
金刚石热沉片与拉曼晶体的协同应用，解决了钠导星激光器的功率限制难题。基于金刚石拉曼增益介质的无烧孔效应，构建 V 形谐振腔结构，采用 1018nm 掺镱光纤激光器泵浦，通过腔内倍频实现 589nm 钠导星激光输出。得益于金刚石 2000W/(K・m) 的热导率，该系统在泵浦功率 75W 时，腔内功率高达 3200W，拉曼出光阈值仅 16.8W，为天文观测提供了高亮度导星光源。此类应用已成为大口径望远镜的核心技术支撑。
（三）多波长与特种拉曼激光拓展
金刚石热沉片的宽光谱适配性，推动了多波长拉曼激光器的发展。在 532nm 脉冲泵浦系统中，通过金刚石热沉的高效散热，实现 620nm、676nm、743nm 级联拉曼输出，最大转换效率达 36.38%，脉宽最小仅 2.45ns，满足生物医学成像、光谱分析等精细应用需求。此外，在涡旋光领域，通过离轴泵浦与金刚石热沉结合，在 1.2μm 和 1.5μm 波段实现高斯基模（65.5W）与 LG 模式（42.2W）输出，其热管理方案确保了模式稳定性，为量子通信、粒子操控提供了新型光源。
金刚石热沉的应用依赖精准封装技术：采用真空蒸发镀铟工艺，控制蒸距、电流等参数形成缓冲层，减少热失配应力；一次烧结采用甲酸还原氛围倒装贴装芯片，二次烧结选用铟锡焊料实现温度梯度匹配，最终通过金丝键合保障电学连接可靠性。该工艺使金刚石热沉与器件的界面热阻降至最低，散热效率提升 4 倍以上。
根据应用场景选择金刚石类型：高功率连续激光器优先采用多晶 CVD 金刚石，其各向同性导热特性适配复杂腔型；脉冲激光器可选用单晶金刚石，配合微通道冷却设计，承载超高热流密度。采用金刚石覆铜板（Diamond-on-Cu）方案，使射频模块温升控制在 15℃内，为集成化拉曼激光系统提供参考。
在天文观测、工业制造、生物医疗等领域，金刚石热沉片已成为提升拉曼激光器性能的核心关键材料。未来需进一步优化界面热阻、降低制造成本，推动该技术从高端科研走向规模化产业应用，为激光技术革新注入新动力。
作为金刚石半导体产业龙头厂商，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)和金刚石铜复合材料等，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。
