Ett team av kinesiska forskare använde en ny teori för att uppfinna en ny typ av ultratunn optisk kristall med hög energieffektivitet, vilket lägger grunden för nästa generations laserteknik.
Prof. Wang Enge från School of Physics, Peking University, berättade nyligen för Xinhua att Twist Boron Nitride (TBN) tillverkad av teamet, med en tjocklek på mikronnivå, är den tunnaste optiska kristallen som för närvarande är känd i världen. Jämfört med traditionella kristaller av samma tjocklek höjs dess energieffektivitet med 100 till 10 000 gånger.
Wang, också en akademiker vid den kinesiska vetenskapsakademin, sa att denna prestation är en originell innovation av Kina i teorin om optiska kristaller och har skapat ett nytt område för att göra optiska kristaller med tvådimensionella tunnfilmsmaterial av lätta element.
Forskningsresultaten publicerades nyligen i tidskriften Physical Review Letters .
Laser är en av de underliggande teknologierna i informationssamhället. Optiska kristaller kan realisera funktionerna för frekvensomvandling, parametrisk förstärkning och signalmodulering, för att nämna några, och är nyckeldelarna i laserenheter.
Under de senaste 60 åren har forskning och utveckling av optiska kristaller främst styrts av två fasmatchande teorier som föreslagits av forskare i USA.
Men på grund av begränsningarna hos traditionella teorimodeller och materialsystem har de befintliga kristallerna kämpat för att möta de framtida kraven för att utveckla laserenheter, såsom miniatyrisering, hög integration och funktionalisering. Utvecklingen av den nya generationens laserteknik kräver genombrott inom optisk kristallteori och material.
Wang Enge och professor Liu Kaihui, chef för Institutet för kondenserad materia och materialfysik, School of Physics, Peking University, ledde teamet att utveckla teorin om twist-fas-matchning, den tredje fasmatchningsteorin baserad på ljus- elementmaterialsystem.
"Lasern som genereras av optiska kristaller kan ses som en marschpelare av individer. Vridmekanismen kan göra allas riktning och takt mycket koordinerad, vilket avsevärt förbättrar laserns energiomvandlingseffektivitet", förklarade Liu, som också är biträdande chef för Interdisciplinary Institute of Light-Element Quantum Materials vid Beijing Huairou National Comprehensive Science Center.
Forskningen har öppnat upp en helt ny designmodell och materialsystem och insett den ursprungliga innovationen i hela kedjan från grundläggande optikteori till materialvetenskap och teknologi, sa han.
"TBN-kristallens tjocklek varierar från 1 till 10 mikron. Tjockleken på optiska kristaller som vi hade känt tidigare är mestadels i nivå med en millimeter eller till och med centimeter," tillade Liu.
TBN-produktionstekniken ansöker nu om patent i USA, Storbritannien, Japan och andra länder. Teamet har gjort en TBN-laserprototyp och utvecklar den nya generationens laserteknologi tillsammans med företag.
"Optisk kristall är hörnstenen i utvecklingen av laserteknologi, och framtiden för laserteknik bestäms av designteorin och produktionstekniken för optiska kristaller," sa Wang.
Med ultratunn storlek, utmärkt integrationspotential och nya funktioner förväntas TBN-kristallen uppnå nya tillämpningsgenombrott inom kvantljuskällor, fotonchips, artificiell intelligens och andra områden i framtiden, enligt Wang.
Mer information: 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
Journalinformation: Fysiska granskningsbrev , arXiv
Tillhandahålls av Peking University
