Forskere opfinder ultratynd optisk krystal til næste generations laserteknologi

Et hold kinesiske forskere brugte en ny teori til at opfinde en ny type ultratynde optisk krystal med høj energieffektivitet, der lægger grundlaget for næste generations laserteknologi.

Prof. Wang Enge fra School of Physics, Peking University, fortalte for nylig til Xinhua, at Twist Boron Nitride (TBN) lavet af holdet, med en tykkelse på mikronniveau, er den tyndeste optiske krystal, der i øjeblikket er kendt i verden. Sammenlignet med traditionelle krystaller af samme tykkelse er dens energieffektivitet øget med 100 til 10.000 gange.

Wang, også en akademiker fra det kinesiske videnskabsakademi, sagde, at denne præstation er en original innovation fra Kina i teorien om optiske krystaller og har skabt et nyt felt for fremstilling af optiske krystaller med todimensionelle tyndfilmsmaterialer af lette elementer.

Forskningsresultaterne blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Physical Review Letters .

Laser er en af ​​de underliggende teknologier i informationssamfundet. Optiske krystaller kan realisere funktionerne frekvenskonvertering, parametrisk forstærkning og signalmodulation, for at nævne nogle få, og er nøgledelene i laserenheder.

I de sidste 60 år er forskning og udvikling af optiske krystaller hovedsageligt blevet styret af to fasematchende teorier foreslået af videnskabsmænd i USA.

Men på grund af begrænsningerne ved traditionelle teorimodeller og materialesystemer har de eksisterende krystaller kæmpet for at opfylde de fremtidige krav til udvikling af laserenheder, såsom miniaturisering, høj integration og funktionalisering. Udviklingen af ​​den nye generation af laserteknologi kræver gennembrud inden for optisk krystalteori og materialer.

Wang Enge og prof. Liu Kaihui, direktør for Institute of Condensed Matter and Material Physics, School of Physics, Peking University, førte holdet til at udvikle twist-phase-matching-teorien, den tredje fase-matching-teori baseret på lys- elementmaterialesystem.

"Laseren genereret af optiske krystaller kan ses som en marcherende søjle af individer. Drejningsmekanismen kan gøre alles retning og tempo meget koordineret, hvilket i høj grad forbedrer laserens energikonverteringseffektivitet," forklarede Liu, som også er vicedirektør for laseren. Tværfagligt Institut for Light-Element Quantum Materials ved Beijing Huairou National Comprehensive Science Center.

Forskningen har åbnet op for en helt ny designmodel og materialesystem og realiseret den oprindelige innovation i hele kæden fra grundlæggende optikteori til materialevidenskab og -teknologi, sagde han.

"TBN-krystallens tykkelse varierer fra 1 til 10 mikron. Tykkelsen af ​​optiske krystaller, vi havde kendt før, er for det meste på niveau med en millimeter eller endda centimeter," tilføjede Liu.

TBN-produktionsteknologien ansøger nu om patenter i USA, Storbritannien, Japan og andre lande. Holdet har lavet en TBN-laserprototype og udvikler en ny generation af laserteknologi sammen med virksomheder.

"Optisk krystal er hjørnestenen i udviklingen af ​​laserteknologi, og fremtiden for laserteknologi er bestemt af designteorien og produktionsteknologien for optiske krystaller," sagde Wang.

Med ultratynd størrelse, fremragende integrationspotentiale og nye funktioner forventes TBN-krystallen at opnå nye applikationsgennembrud inden for kvantelyskilder, fotoniske chips, kunstig intelligens og andre områder i fremtiden, ifølge Wang.

Flere oplysninger: Hao Hong et al., Twist Phase Matching in Two-Dimensional Materials, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.233801. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2305.11511

Journaloplysninger: Physical Review Letters , arXiv

Leveret af Peking University