传统晶体的100至1万倍全球最薄光学晶体问世！

2023年12月20日 08:55:47来源：化工仪器网作者：羊舌木点击：11625

　　【化工仪器网项目成果】激光技术是采用激光的手段，对特定目标进行加工或者检测的技术。如今，激光技术被认为是人类在智能化社会生存和发展的必不可少的工具之一，作为二十世纪的杰出发明，尤其在日常科研、工业和医疗领域，其高精度、高效率的特点使得其成为这些领域中不可或缺的工具。

　　光学晶体是具有双折射性质的晶体，当光线经过晶体时，会被分为两个互相垂直的光线，其传播速度和折射率也不同。这种现象称为双折射现象。由于晶体结构和光线入射角的不同，双折射现象的强度和方向也会发生变化。光学晶体可实现频率转换、参量放大、信号调制等功能，是激光技术的“心脏”。

　　相位是描述光波波形变化的度量。晶体中的光波相位匹配、步调一致，才能输出效率和功率理想的激光。近年来，由于传统理论模型和材料体系的局限性，现有传统晶体光学晶体厚度较大，在某些特定应用中存在一些限制，如光学性能不稳定、吸收率高等，已难以满足激光器小型化、高集成、功能化的发展需要。

　　北京大学物理学院凝聚态物理与材料物理研究所所长、北京怀柔综合性国家科学中心轻元素量子材料交叉平台副主任刘开辉教授与王恩哥带领研究团队，提出一种新的光学晶体理论。经过多年攻关，研究团队应用轻元素材料氮化硼首次制备出一种超薄、高能效的光学晶体“转角菱方氮化硼”(简称TBN)，为新一代激光技术奠定理论和材料基础。

　　该研究团队基于轻元素材料体系开创出第三种相位匹配理论，即“转角相位匹配理论”，他们发现，将氮化硼材料像“搭积木”一样堆叠，再“旋转”到特殊角度，就可使不同光波的相位趋于一致，形成高能效光学晶体TBN。

　　TBN光学晶体的研发过程中克服了多项技术难题。研究团队通过精确控制材料的生长条件和转角角度，成功制备出了高质量的TBN晶体。这种晶体的厚度仅为1至10微米，相当于普通A4纸厚度的三十分之一，而目前已知的光学晶体厚度多为毫米甚至厘米量级。这一创新性的制备技术为光学晶体的微型化和集成化提供了新的可能。

　　该项成果不仅是中国在光学晶体理论方面的原创性突破，开辟了利用轻元素二维薄膜材料制备光学晶体的新领域，且制备出的TBN厚度仅有微米量级，是目前已知世界最薄的光学晶体，其能效相较于同等厚度的传统晶体提升了100至1万倍。

　　我国成功研制出的相较于同等厚度的传统晶体提升了100至1万倍的TBN光学晶体为光学科学与工程领域的发展带来了重要的突破。该晶体的研发成果将在光学器件、光通信和光电子领域发挥重要作用，并对我国光学产业的发展起到积极的推动作用。未来，我国仍将在激光晶体技术领域继续深化研发，为科技进步与国家安全注入更强大的动力。

　　(资料参考来源：新华社)

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