4H‐SiC Metalens: Mitigating Thermal Drift Effect in High‐Power Laser Irradiation

材料科学 激光器 数值孔径 光学 碳化硅 焦距 功率密度 光电子学 激光功率缩放 吸收(声学) 光子学 衍射 基质(水族馆) 功率(物理) 镜头(地质) 波长 复合材料 物理 海洋学 量子力学 地质学
作者
Boqu Chen,Xiaoyu Sun,Xiaoxuan Li,Lu Cai,Ding Zhao,Kaikai Du,Meiyan Pan,Min Qiu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (3): e2412414-e2412414 被引量:22
标识
DOI:10.1002/adma.202412414
摘要

Enhancing energy density and efficiency in laser processing hinges on precise beam focusing, yet this often causes severe heat absorption and focus shifts in optical lenses. Traditional cooling methods increase cost and complexity, severely limiting versatility. Here, monolithic silicon carbide (SiC) metalens is introduced, which shows unparalleled thermal stability, integrated with a high-power laser. This metalens achieves diffraction-limited focusing with a numerical aperture (NA) of 0.5 and a focal length of 1 cm. Under a 1030 nm pulsed laser at 15 W for 1 h, it shows a minimal temperature rise of 3.2 °C and a tiny focal shift of 14 µm (0.1% relative), only 6% of the shift in conventional lenses. When used to cut a 4H-SiC substrate with the same laser, the metalens exhibit only an 11.4% change in cutting depth after 1 h of operation, correlating with the focal shift results. The results unveil a groundbreaking class of compact SiC photonics devices nearly impervious to heat absorption, representing a monumental leap for high-power laser systems and opening new horizons for their applications and efficiency.
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