Chế tạo thành công gương kim cương chịu được sức mạnh của laser 10kW

Loại gương mới có độ bền cao được chế tạo hoàn toàn bằng kim cương, có thể sử dụng trong sản xuất chất bán dẫn và truyền tin không gian sâu.

Nhóm nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A. Paulson (SEAS) chế tạo gương siêu bền từ kim cương với khả năng khai thác sức mạnh của laser sóng liên tục (CW) công suất cao. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Nature Communications hôm 11/5.

Minh họa chùm laser CW công suất cao chiếu vào các cấu trúc nano trên gương kim cương. (Ảnh: Loncar Lab/Harvard SEAS)

Laser công suất cao đóng vai trò thiết yếu trong quá trình sản xuất đa số ôtô, tàu hỏa và máy bay. Tuy nhiên, việc chế tạo các thiết bị bền bỉ để điều khiển những tia laser cực mạnh có khả năng cắt xuyên thép này vô cùng khó.

Ngày nay, hầu hết các gương dùng để định hướng chùm tia laser CW được chế tạo bằng cách xếp từng lớp vật liệu mỏng với những đặc tính quang học khác nhau. Chỉ một lỗi rất nhỏ ở một trong những lớp này cũng sẽ khiến tia laser cực mạnh đốt xuyên qua các vật liệu, làm hỏng hệ thống.

Nhóm nghiên cứu SEAS chế tạo loại gương mới hoàn toàn bằng kim cương. Điều này giảm đáng kể khả năng lỗi vì chỉ làm từ một vật liệu, đồng thời tăng mạnh tuổi thọ gương nhờ độ bền chắc của vật liệu.

"Công nghệ gương "một vật liệu" của chúng tôi giúp loại bỏ các vấn đề ứng suất nhiệt gây bất lợi cho gương truyền thống (vốn làm từ nhiều lớp vật liệu) khi bị chiếu xạ với công suất quang học lớn. Công nghệ này hứa hẹn cải tiến hoặc tạo ra các ứng dụng mới cho laser công suất cao", giáo sư Marko Loncar tại SEAS, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết.

Nhóm chuyên gia cho biết, gương kim cương chịu được các thí nghiệm với laser 10 kW mà không chịu bất cứ hư hại nào. Kỹ thuật dùng cho loại gương mới ban đầu được thiết kế để khắc những cấu trúc nano vào kim cương, dùng trong lĩnh vực quang học lượng tử. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp này để khắc các cột nhỏ hình tee (phụ kiện dùng để đặt bóng trong môn golf) lên bề mặt một mảnh kim cương kích thước 3 mm x 3 mm. Họ chọn hình tee vì nó giúp bề mặt kim cương phản chiếu tới 98,9%.

"Điểm đáng chú ý là chúng tôi đã chiếu laser 10 kW tập trung vào một điểm rộng 750 micromet trên mảnh kim cương 3 mm x 3 mm, tức là rất nhiều năng lượng tập trung vào một điểm cực nhỏ, và chúng tôi vẫn không đốt được nó. Điều này rất quan trọng vì khi các hệ thống laser ngày càng ngốn điện hơn, bạn cần tìm ra những cách để khiến các bộ phận quang học trở nên mạnh mẽ hơn", Haig Atikian, nghiên cứu sinh tại SEAS, thành viên nhóm nghiên cứu, cho biết.

Các chuyên gia hy vọng rằng trong tương lai, loại gương mới có thể dùng trong sản xuất chất bán dẫn, quốc phòng, truyền tin ngoài không gian sâu và nhiều ứng dụng khác.