Kinesiska forskare utvecklar ultratunn, energieffektiv optisk kristall

Optisk kristall kan realisera frekvensomvandling, parametrisk förstärkning, signalmodulering och andra funktioner, är "hjärtat" av laserteknik. Efter år av forskning lade Peking University-teamet kreativt fram en ny optisk kristallteori och tillämpningen av lätta elementmaterial bornitrid för första gången för att förbereda...
Optisk kristall kan realisera frekvensomvandling, parametrisk förstärkning, signalmodulering och andra funktioner, är "hjärtat" av laserteknik. Efter år av forskning lade Peking University-teamet kreativt fram en ny optisk kristallteori och använde det lätta elementmaterialet bornitrid för att framställa en ultratunn, högeffektiv optisk kristall "hörnrhombisk bornitrid" (förkortat TBN) för första gången, vilket lägger den teoretiska och materiella grunden för en ny generation laserteknik. Resultaten har publicerats i Physical Review Letters, en ledande fysiktidskrift.
Akademiker vid den kinesiska vetenskapsakademin och professor vid Peking University's School of Physics, Wang Engo, sa i en exklusiv intervju med Xinhua News Agency att denna prestation inte bara är ett originellt genombrott i Kinas teori om optiska kristaller, vilket öppnar upp ett nytt fält för att förbereda optiska kristaller genom att använda tvådimensionella tunnfilmsmaterial med lätta element, men också förbereda TBN med en tjocklek på endast mikrometer, vilket är världens hittills tunnaste optiska kristall, och dess energieffektivitet är 100 till 10,{{ 4}} miljoner gånger högre jämfört med en konventionell kristall med samma tjocklek. Dess energieffektivitet är 100 till 10,000 gånger högre än för konventionella kristaller med samma tjocklek.
Fas är ett mått som beskriver förändringen i vågformen för en ljusvåg. När ljusvågorna i en kristall är fasmatchade och i steg, kan en laser med idealisk effektivitet och effekt matas ut. På senare år, på grund av begränsningarna hos traditionella teoretiska modeller och materialsystem, har befintliga kristaller varit svåra att möta utvecklingsbehoven av miniatyrisering, hög integration och funktionalisering av lasrar.
För detta ändamål, professor Liu Kaihui, chef för Institutet för kondenserad materiens fysik och materialfysik vid School of Physics, Peking University, och biträdande chef för Light Element Quantum Materials Cross-Platform vid Huairou Comprehensive National Science Center i Peking, tillsammans med Wang Engo ledde ett team av forskare att föreslå en ny "hörnfasmatchningsteori". Teamet fann att genom att stapla bornitridmaterial som "byggstenar" och sedan "rotera" dem till en speciell vinkel, kan faserna av olika ljusvågor konvergeras för att bilda en högeffektiv optisk kristall, TBN.
"Om lasern som genereras i kristallen betraktas som ett team, kan användningen av "hörn"-metoden göra alla medlemmar i riktningen och takten mycket koordinerade, kan du förbättra energiomvandlingen effektiviteten av lasern." Liu Kaihui sa att TBN bara är 1 till 10 mikron tjock, vilket motsvarar en trettiondel av tjockleken på ett vanligt A4-papper, medan tjockleken på nuvarande optiska kristaller mestadels är i storleksordningen millimeter eller till och med centimeter.
"Optiska kristaller är hörnstenen i utvecklingen av laserteknologi." Med sin ultratunna storlek, utmärkta integrerbarhet och helt nya funktioner förväntas TBN realisera nya applikationsgenombrott i framtiden inom områden som kvantljuskällor, fotoniska chips och artificiell intelligens, sa Wang Engo.