近日，西湖大学Min Qiu团队引入了单片碳化硅（SiC）超构透镜，它与高功率激光相结合，展现出了无与伦比的热稳定性。这种超构透镜实现了数值孔径（NA）为0.5、焦距为1厘米的衍射受限聚焦。在波长为1030纳米、功率为15瓦的脉冲激光照射下持续1小时后，其温度仅升高了3.2℃，焦点偏移极小，仅为14微米（相对偏移0.1%），仅为传统透镜偏移量的6%。当使用该超构透镜用相同的激光切割4H-SiC衬底时，在运行1小时后，其切割深度仅变化了11.4%，这与焦点偏移结果相关。这些结果揭示了一类全新的、几乎不受热吸收影响的紧凑型SiC光子学器件，这对于高功率激光系统而言是一次巨大的飞跃，为其应用和效率提升开辟了新的前景。研究成果以题为“4H-SiC Metalens: Mitigating Thermal Drift Effect in High-Power Laser Irradiation”发表于《Advanced Materials》上。
图1：4H-SiC超透镜（左）和常规物镜（右）的热漂移效应示意图。
图2：4H-SiC超表面单元的光学响应。
图3：超构透镜的形貌和光学特性。
图4：4H-SiC超构透镜的激光诱导热漂移测试。
B. Chen, X. Sun, X. Li, L. Cai, D. Zhao, K. Du, M. Pan, M. Qiu, 4H-SiC Metalens: Mitigating Thermal Drift Effect in High-Power Laser Irradiation. Adv. Mater. 2024, 2412414.
https://doi.org/10.1002/adma.202412414
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