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       金刚石因其独特的碳原子四面体排列结构而具有卓越的力学、电学、热学、声学、化学和光学性能。在光学性能方面，金刚石的宽光谱透过范围和独特的非线性光学特性使其备受关注。然而，天然金刚石的开采成本高、尺寸受限且杂质含量不可控，限制了其应用空间。因此，自20世纪以来，合成金刚石晶体的研究成为重点，旨在开发出更纯净、性能更优、尺寸更大的金刚石。光学级金刚石在生长过程中，位错密度与杂质含量是其应用拓展的主要制约因素。低位错、低杂质的晶体结构可显著降低残余应力与光吸收效应，因此精确调控晶体缺陷与杂质浓度是优化金刚石光学性能的关键所在。

       光学级金刚石具有极宽的光谱透过率，除了在2.6-6.2 μm的区间具有少部分的红外晶格吸收损耗之外，在227 nm（5.47 eV）以上的宽谱范围内均保持优异透射特性。此外，金刚石作为已知最大拉曼频移（1332.3 cm−1）的晶体材料，在室温下拉曼增益线宽约为1.5 cm−1，当泵浦光偏振方向和金刚石晶体<111>方向平行时，可实现最大拉曼增益系数的线偏振拉曼光。金刚石还拥有高布里渊增益系数和大布里渊频移，展现出作为布里渊增益介质的独特优势。表1总结了金刚石优异的光学性质。

表1 金刚石优异的光学性质

       具有低双折射水平和低吸收系数的光学级金刚石晶体有着更为出色的光学性能。图1为两个具有不同双折射水平的化学气相沉积（CVD）金刚石样品双折射显微照片。双折射水平和吸收系数主要受位错密度和杂质含量影响。近年来，减少位错的方法主要集中在如何增强位错反应（增加外延膜厚度，离轴衬底生长）和去除位错（外延横向生长，图案成核生长）。而杂质含量主要受气体纯度、腔室洁净度和漏率控制。在保持高纯度的气源和沉积环境条件下，优化生长参数可有效降低杂质含量。

图1 两个具有不同双折射水平的金刚石样品双折射显微照片

       经过高温高压法和CVD制备的金刚石晶体表面粗糙度高，难以直接应用于各种领域，因此需要通过抛光来改善其表面状态。此外，在光学应用中，对金刚石表面进行镀增透膜、构建减反射微纳结构的加工工艺可以有效减少因菲涅尔反射产生的损耗，从而增强金刚石光学器件工作在不同波段的透过性。因此，光学级金刚石的实际应用往往取决于这些加工技术的完善和成熟度。图2展示了金刚石从生长、加工到最终应用的整个流程。

图2 金刚石从生长、加工到最终应用的整个流程

       在本篇综述论文中，作者全面梳理了光学级金刚石的特性，介绍和比较了金刚石晶体不同合成方法，并着重探讨了位错密度和杂质含量对于其光学性能的影响。文章还介绍了金刚石加工工艺，通过抛光、镀膜、微结构加工和色心制备，金刚石晶体将迈向更加成熟的应用，满足极端条件下不同光学应用需求。随着合成技术的不断进步，未来有望实现更大尺寸、更高纯度的金刚石晶体的制备，这不仅将推动材料科学的进一步发展，还将极大地拓展光学级金刚石在激光技术、量子光学等领域的应用范围，为光学技术的创新和突破开辟新的道路。

       相关成果以“Optical-grade diamond: characteristics, synthesis, and recent research progress”为题，发表在Functional Diamond期刊上。