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傳統(tǒng)晶體的100至1萬倍 全球最薄光學晶體問世！
2023年12月20日 08:55:47
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點擊量：12781
該項成果不僅是中國在光學晶體理論方面的原創(chuàng)性突破，開辟了利用輕元素二維薄膜材料制備光學晶體的新領(lǐng)域，且制備出的TBN厚度僅有微米量級，是目前已知世界最薄的光學晶體，其能效相較于同等厚度的傳統(tǒng)晶體提升了100至1萬倍。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】激光技術(shù)是采用激光的手段，對特定目標進行加工或者檢測的技術(shù)。如今，激光技術(shù)被認為是人類在智能化社會生存和發(fā)展的必不可少的工具之一，作為二十世紀的杰出發(fā)明，尤其在日常科研、工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域，其高精度、高效率的特點使得其成為這些領(lǐng)域中不可或缺的工具。
光學晶體是具有雙折射性質(zhì)的晶體，當光線經(jīng)過晶體時，會被分為兩個互相垂直的光線，其傳播速度和折射率也不同。這種現(xiàn)象稱為雙折射現(xiàn)象。由于晶體結(jié)構(gòu)和光線入射角的不同，雙折射現(xiàn)象的強度和方向也會發(fā)生變化。光學晶體可實現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換、參量放大、信號調(diào)制等功能，是激光技術(shù)的“心臟”。
相位是描述光波波形變化的度量。晶體中的光波相位匹配、步調(diào)一致，才能輸出效率和功率理想的激光。近年來，由于傳統(tǒng)理論模型和材料體系的局限性，現(xiàn)有傳統(tǒng)晶體光學晶體厚度較大，在某些特定應用中存在一些限制，如光學性能不穩(wěn)定、吸收率高等，已難以滿足激光器小型化、高集成、功能化的發(fā)展需要。
北京大學物理學院凝聚態(tài)物理與材料物理研究所所長、北京懷柔綜合性國家科學中心輕元素量子材料交叉平臺副主任劉開輝教授與王恩哥帶領(lǐng)研究團隊，提出一種新的光學晶體理論。經(jīng)過多年攻關(guān)，研究團隊應用輕元素材料氮化硼首次制備出一種超薄、高能效的光學晶體“轉(zhuǎn)角菱方氮化硼”(簡稱TBN)，為新一代激光技術(shù)奠定理論和材料基礎(chǔ)。
該研究團隊基于輕元素材料體系開創(chuàng)出第三種相位匹配理論，即“轉(zhuǎn)角相位匹配理論”，他們發(fā)現(xiàn)，將氮化硼材料像“搭積木”一樣堆疊，再“旋轉(zhuǎn)”到特殊角度，就可使不同光波的相位趨于一致，形成高能效光學晶體TBN。
TBN光學晶體的研發(fā)過程中克服了多項技術(shù)難題。研究團隊通過精確控制材料的生長條件和轉(zhuǎn)角角度，成功制備出了高質(zhì)量的TBN晶體。這種晶體的厚度僅為1至10微米，相當于普通A4紙厚度的三十分之一，而目前已知的光學晶體厚度多為毫米甚至厘米量級。這一創(chuàng)新性的制備技術(shù)為光學晶體的微型化和集成化提供了新的可能。
該項成果不僅是中國在光學晶體理論方面的原創(chuàng)性突破，開辟了利用輕元素二維薄膜材料制備光學晶體的新領(lǐng)域，且制備出的TBN厚度僅有微米量級，是目前已知世界最薄的光學晶體，其能效相較于同等厚度的傳統(tǒng)晶體提升了100至1萬倍。
我國成功研制出的相較于同等厚度的傳統(tǒng)晶體提升了100至1萬倍的TBN光學晶體為光學科學與工程領(lǐng)域的發(fā)展帶來了重要的突破。該晶體的研發(fā)成果將在光學器件、光通信和光電子領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，并對我國光學產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極的推動作用。未來，我國仍將在激光晶體技術(shù)領(lǐng)域繼續(xù)深化研發(fā)，為科技進步與國家安全注入更強大的動力。
(資料參考來源：新華社)
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