瑞士研究出金剛石制備光學(xué)衍射光柵新技術(shù)

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研究出一種新技術(shù)將純金剛石制成光學(xué)衍射光柵。這些新元件可以用來改變高性能激光的波長(zhǎng)，也可應(yīng)用于先進(jìn)的光譜儀。

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院科研人員研發(fā)一種新方法，通過顯微鏡將金剛石切割成特定的形狀，并打磨拋光。2017年9月5日，在國(guó)際金剛石和碳材料大會(huì)上介紹了這種技術(shù)。這種新技術(shù)對(duì)光譜學(xué)和高能量激光光學(xué)元件有獨(dú)特意義。

類似棱鏡，衍射光柵由平行的細(xì)槽構(gòu)成，這些細(xì)槽將光分散為光譜分量。衍射光柵由玻璃和硅材料制成，它可以改變激光的顏色。

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院工程系的教授尼爾斯夸克帶領(lǐng)的研究小組發(fā)現(xiàn)單晶金剛石也可以制成衍射光柵。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)開啟了該領(lǐng)域的新可能。金剛石具有很好熱傳導(dǎo)性，是其他材料的5到10倍。金剛石硬度極高，在UV射線，紅外線及其他可見光束下工作性能良好。金剛石具有化學(xué)惰性，即使腐蝕性最強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)也不能將其腐蝕。這也意味著金剛石很難加工制造。這種新的切割方式非常有效。

利用氧氣來切割金剛石，研究小組發(fā)現(xiàn)的這項(xiàng)技術(shù)具有開創(chuàng)性意義，利用這種技術(shù)將金剛石蝕刻為毫米級(jí)別的單晶金剛石碟。表面光潔度很高，槽與槽直接的距離只有幾微米。研究中科研小組用的是化學(xué)氣相沉積法制成的金剛石。

金剛石蝕刻分為以下幾個(gè)步驟，首先，在金剛石的表面沉積形成一層硬膜，之后通過氧氣電漿，通過電場(chǎng)的作用在金剛石表面形成氧離子。沒有硬膜覆蓋的地方，氧離子使碳原子脫離金剛石表面。通過調(diào)節(jié)電場(chǎng)的強(qiáng)度，可以改變金剛石蝕刻的形狀。我們雕刻出槽間距為幾微米的三角形的溝槽，用來制作衍射光柵。調(diào)整加工參數(shù)，有選擇性的展示出界限清楚的一組晶面。采用這種加工方式，我們可以加工出原子層級(jí)平滑的V型槽，這是用激光切割方式不可能實(shí)現(xiàn)的。 (機(jī)經(jīng)網(wǎng))