CVD（Chemical Vapor Deposition）ダイヤモンドは、卓越した光学特性を示し、工業用から科学・防衛関連分野まで、幅広い用途に非常に望ましい材料です。その光学特性は、深紫外からマイクロ波波長までの広いスペクトル範囲にわたって優れた透過率を示します。また、高屈折率、低吸収率、優れた誘電強度を有しています。これらの特性により、CVDダイヤモンドは、レーザー光学部品、高出力レーザー用ウィンドウ、その他耐久性と光学的透明性が要求される用途に最適です。以下に、CVDダイヤモンドの主な光学特性について詳しく説明します。
キーポイントの説明
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広い分光透過率
- CVDダイヤモンドは、深紫外域（0.23μm）から 深紫外 (0.23 μm) から 遠赤外線 そして ミリ波マイクロ波帯 .
- この広い透過率範囲により、レーザー光学部品や工業用窓など、複数の波長にわたって光学的透明性が要求される用途に適している。
- 例えば、以下のような出射窓として特に有用です。 CO₂レーザー 自動車切断用途で一般的に使用されている
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高い屈折率
- CVDダイヤモンドの屈折率は 2.376である。 .
- 高い屈折率は、光を効果的に曲げる材料の能力に貢献し、これは精密な光操作が必要な光学システムにおいて有益である。
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低い吸収係数
- CVDダイヤモンドの吸収係数は 0.03～0.05cm-¹（20℃の場合 .
- 吸収係数が低いということは、その材料を通過する際の光の損失が最小であることを示し、光学用途において非常に効率的な材料となる。
- この特性は、エネルギー損失を最小限に抑えなければならない高出力レーザーシステムにおいて特に有利です。
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マイクロ波誘電率と損失正接
- CVDダイヤモンドのマイクロ波誘電率は マイクロ波誘電率5.7 であり 145GHzにおける損失正接角2×10-⁵。 .
- これらの特性により、低信号損失と高い誘電性能が重要なマイクロ波および高周波用途に優れた材料となっています。
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誘電強度
- CVDダイヤモンドの絶縁耐力は 1×10⁷ V/cm と非常に高い。
- この特性により、材料は破壊されることなく高電界に耐えることができ、高電圧の光学および電子システムでの使用に適している。
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輝きときらめき
- CVDダイヤモンドは 強烈なブリリアンスと輝き 天然ダイヤモンドに似ています。
- この光学特性は、高い屈折率と優れた光分散性によるもので、視覚的には天然ダイヤモンドと区別がつきません。
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耐久性と硬度
- 硬度 8,500 kgf/mm² モース硬度 10 CVDダイヤモンドは、最も硬い材料のひとつである。
- この耐久性により、高温や機械的ストレスのような過酷な条件下でも光学特性が安定します。
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レーザー光学への応用
- CVDダイヤモンドは、レーザー光学、特にCO₂レーザーの出射窓として理想的な材料です。 CO₂レーザーの出射窓 .
- 高出力に耐え、光学的透明性を維持するその能力は、産業用レーザー切断および溶接用途に不可欠である。
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シリコン・インクルージョンの可能性
- CVDプロセス中に シリコン介在物 成長チャンバー内のシリカ窓のエッチングにより、ダイヤモンドにシリコンの介在物が混入することがあります。
- これらの介在物は光学的特性に若干の影響を与えることがありますが、一般的にはごくわずかであり、材料全体の性能に大きな影響を与えることはありません。
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天然ダイヤモンドとの比較
- CVDダイヤモンドは 天然ダイヤモンドと同じ内部構造、化学組成、光学特性 は天然ダイヤモンドと同等です。
- そのため、天然ダイヤモンドの光学的・機械的特性を必要とする用途において、費用対効果が高く、持続可能な代替品となる。
要約すると、CVDダイヤモンドの光学特性は、幅広い用途に使用できる汎用性の高い高性能材料です。幅広い分光透過率、高屈折率、低吸収係数、卓越した耐久性により、レーザー光学、マイクロ波システム、工業用窓に理想的です。これらの特性は、費用対効果や持続可能性と相まって、CVDダイヤモンドを科学と工業の両分野における主要な材料として位置づけています。
総括表
| プロパティ | 値/範囲 | 用途 |
|---|---|---|
| 分光透過率 | 0.23μm（紫外域）～マイクロ波帯 | レーザー光学、工業用窓 |
| 屈折率 | 2.376（10μmにて | 精密な光操作が必要な光学系 |
| 吸収係数 | 0.03-0.05cm-¹（20℃にて | 高出力レーザーシステム |
| マイクロ波誘電率 | 5.7 at 145 GHz | マイクロ波およびRF用途 |
| 誘電強度 | 1×10⁷ V/cm | 高電圧光学および電子システム |
| 硬度 | 8,500kgf/mm²（モース10） | 過酷な条件下での耐久性に優れた用途 |
| 輝きと輝き | 天然ダイヤモンドに類似 | 天然ダイヤモンドと視覚的に区別できない |
| 用途 | CO₂レーザー出射窓、工業用光学部品 | レーザー切断、溶接、高出力光学システム |
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