2024 中關(guān)村論壇年會(huì)開(kāi)幕式于 4 月 25 日舉行，公布了我國(guó)科學(xué)家發(fā)明的世界上已知最薄的光學(xué)晶體——菱方氮化硼晶體。
據(jù)介紹，光學(xué)晶體是激光技術(shù)的 " 心臟 "。激光技術(shù)在微納加工、量子光源、生物監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。集成化、微型化、多功能化是未來(lái)激光器的發(fā)展方向，中國(guó)科學(xué)家經(jīng)反復(fù)組合嘗試，鎖定輕巧的氮化硼為最優(yōu)選擇。
北京大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性提出 " 轉(zhuǎn)角相位匹配理論 "，并應(yīng)用氮化硼首次制備出超薄、高能效光學(xué)晶體 " 轉(zhuǎn)角菱方氮化硼 "。厚度僅為微米量級(jí)，能效提升至少 100 倍，為新一代激光技術(shù)奠定了理論和材料基礎(chǔ)。
2023 年 12 月，北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心王恩哥院士、凝聚態(tài)物理與材料物理研究所劉開(kāi)輝教授和洪浩特聘副研究員與合作者在非線(xiàn)性光學(xué)晶體領(lǐng)域取得重大突破。
相關(guān)研究成果以 " 二維材料光學(xué)晶體轉(zhuǎn)角相位匹配 "（Twist-phase-matching in two-dimensional materials）為題在線(xiàn)發(fā)表于 《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）雜志上。
研究團(tuán)隊(duì)探索發(fā)現(xiàn)二維輕元素材料菱方氮化硼具有深紫外的帶隙、優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性、超高的激光損傷閾值和非線(xiàn)性系數(shù)，是非常理想的紫外光學(xué)晶體材料。基于界面轉(zhuǎn)角相位匹配理論，團(tuán)隊(duì)成功制備了第三類(lèi)光學(xué)晶體，轉(zhuǎn)角菱方氮化硼光學(xué)晶體。
氮化硼晶體在寬光譜范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了光學(xué)倍頻轉(zhuǎn)換效率的突破，3.2 微米厚度下可達(dá) 8%，同厚度下相較于傳統(tǒng)晶體提升了 100-10000 倍，是世界已知最薄的光學(xué)晶體。
此外，轉(zhuǎn)角相位匹配賦予氮化硼全新的功能，使其能夠有效調(diào)控參量光的偏振態(tài)。這一突破為新一代 " 極限波長(zhǎng) "" 極限尺寸 "" 極限穩(wěn)定 " 激光技術(shù)的革新奠定了理論和材料基礎(chǔ)。
劉開(kāi)輝教授表示 " 該理論的應(yīng)用有望讓激光器的尺寸縮小至微米級(jí)。一些過(guò)去無(wú)法制造光學(xué)晶體的材料，也有望在材料堆疊角度的轉(zhuǎn)動(dòng)中再次煥發(fā)生機(jī) "。
附論文鏈接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.233801
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