CVD（化学气相沉积）金刚石具有优异的光学特性，是一种非常理想的材料，可广泛应用于工业、科学和国防相关领域。其光学特性包括在从深紫外线到微波波长的宽光谱范围内具有出色的透射率。它还具有高折射率、低吸收系数和出色的介电强度。这些特性使 CVD 金刚石成为激光光学器件、高功率激光器窗口以及其他要求耐用性和光学清晰度的应用的理想材料。下面将详细介绍 CVD 金刚石的关键光学特性。
要点说明：
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宽光谱透射率
- CVD 金刚石拥有已知材料中最宽的光谱带，从深紫外线（0.23 μm 深紫外线（0.23 微米） 到 远红外线 并进入 毫米波微波频段 .
- 这种宽广的透射率范围使其适用于需要多波长光学清晰度的应用，如激光光学和工业窗户。
- 例如，它特别适合用作 CO₂ 激光器的出口窗口。 激光器，通常用于汽车切割应用。
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高折射率
- CVD 金刚石的折射率为 波长为 10 μm 时为 2.376。 .
- 高折射率有助于提高材料有效弯曲光线的能力，这在需要精确操纵光线的光学系统中非常有用。
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低吸收系数
- CVD 金刚石的吸收系数范围为 20°C 时为 0.03 至 0.05 厘米-¹。 .
- 低吸收系数表明光通过材料时的损耗极小，使其在光学应用中具有极高的效率。
- 这一特性在高功率激光系统中尤为有利，因为该系统必须最大限度地减少能量损失。
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微波脆性和损耗切线
- CVD 金刚石的 微波介电常数为 5.7 和 和 145 GHz 时 2×10-⁵ 的损耗正切角 . .
- 这些特性使其成为微波和射频应用的绝佳材料，在这些应用中，低信号损耗和高介电性能至关重要。
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介电强度
- CVD 金刚石的介电强度为 1×10⁷ V/cm ，这是非常高的。
- 这一特性确保了这种材料能够承受高电场而不发生断裂，使其适用于高压光学和电子系统。
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亮度和闪光
- CVD 钻石表现出 强烈的光泽和闪光 与天然钻石相似。
- 这种光学特性得益于它们的高折射率和出色的光分散性，使它们在视觉上与天然钻石难以区分。
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耐用性和硬度
- 硬度为 8,500 千克力/平方毫米 莫氏硬度为 10 CVD 金刚石是已知最坚硬的材料之一。
- 这种耐久性确保其光学特性即使在高温或机械应力等极端条件下也能保持稳定。
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激光光学应用
- CVD 金刚石是激光光学的理想材料，尤其是作为 CO₂ 激光器的出口窗口 .
- 它能够承受高功率并保持光学清晰度，因此在工业激光切割和焊接应用中不可或缺。
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硅夹杂物的可能性
- 在 CVD 过程中 硅夹杂物 由于生长室中硅窗口的蚀刻，有时会在金刚石中引入硅夹杂物。
- 虽然这些夹杂物可能会轻微影响光学特性，但一般都很小，不会对材料的整体性能产生重大影响。
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与天然钻石的比较
- CVD 金刚石具有相同的 内部结构、化学成分和光学特性 和天然钻石一样。
- 因此，对于需要天然钻石的光学和机械性能的应用领域来说，它们是一种具有成本效益和可持续发展的替代品。
总之，CVD 金刚石的光学特性使其成为一种用途广泛的高性能材料。它具有宽光谱透射率、高折射率、低吸收系数和优异的耐久性，是激光光学、微波系统和工业窗户的理想材料。这些特性加上其成本效益和可持续性，使 CVD 金刚石成为科学和工业领域的领先材料。
汇总表：
| 属性 | 值/范围 | 应用 |
|---|---|---|
| 光谱透射率 | 0.23 μm（紫外线）至微波波段 | 激光光学、工业窗 |
| 折射率 | 10 μm 时为 2.376 | 需要精确操纵光线的光学系统 |
| 吸收系数 | 20°C 时为 0.03-0.05 cm-¹ | 高功率激光系统 |
| 微波脆性 | 145 千兆赫时为 5.7 | 微波和射频应用 |
| 介电强度 | 1×10⁷ V/cm | 高压光学和电子系统 |
| 硬度 | 8,500 kgf/mm²（莫氏 10） | 极端条件下的持久应用 |
| 亮度和闪光 | 与天然钻石相似 | 与天然钻石在外观上难以区分 |
| 应用 | CO₂ 激光出口窗口、工业光学器件 | 激光切割、焊接和高功率光学系统 |
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