4月25日?qǐng)?bào)道，2024中關(guān)村論壇年會(huì)期間，公布了我國(guó)科學(xué)家研發(fā)的全球最薄光學(xué)晶體——菱方氮化硼晶體。

據(jù)悉，光學(xué)晶體被譽(yù)為激光技術(shù)的核心部件，廣泛運(yùn)用于微納加工、量子光源及生物檢測(cè)等領(lǐng)域。北京大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)不斷嘗試，最終確定氮化硼作為最適合研發(fā)新型激光器的材料。

為此，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了“轉(zhuǎn)角相位匹配理論”，進(jìn)而成功研制出厚度僅為微米級(jí)別的超薄、高效光學(xué)晶體“轉(zhuǎn)角菱方氮化硼”。這種晶體的能效比傳統(tǒng)晶體提高了至少100倍，為新一代激光技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的理論和材料支撐。

值得注意的是，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等人在非線性光學(xué)晶體領(lǐng)域取得了重大突破。他們的研究成果已在《物理評(píng)論快報(bào)》雜志上發(fā)表，題目為“二維材料光學(xué)晶體轉(zhuǎn)角相位匹配”。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，二維輕元素材料菱方氮化硼具備深紫外帶隙、良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性、極高的激光損傷閾值以及非線性系數(shù)，是極具潛力的紫外光學(xué)晶體材料。基于此，團(tuán)隊(duì)成功制備出第三類光學(xué)晶體——轉(zhuǎn)角菱方氮化硼光學(xué)晶體。

此外，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)換效率的顯著提升，3.2微米厚度下可達(dá)到8%，相比傳統(tǒng)晶體提升了100-10000倍，成為全球最薄的光學(xué)晶體。同時(shí)，轉(zhuǎn)角相位匹配賦予氮化硼全新的功能，使得它可以有效調(diào)控參量光的偏振態(tài)。這項(xiàng)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)輝教授指出，“該理論的應(yīng)用有望將激光器的尺寸縮減至微米級(jí)別。一些原本難以制造光學(xué)晶體的材料，也有望在材料堆疊角度的轉(zhuǎn)變中重新煥發(fā)活力”。