Китайские ученые разработали ультратонкий энергоэффективный оптический кристалл

Оптический кристалл может осуществлять преобразование частоты, параметрическое усиление, модуляцию сигнала и другие функции и является «сердцем» лазерной технологии. После многих лет исследований команда Пекинского университета творчески выдвинула новую теорию оптических кристаллов и впервые применила материал легкого элемента — нитрид бора для подготовки...
Оптический кристалл может осуществлять преобразование частоты, параметрическое усиление, модуляцию сигнала и другие функции и является «сердцем» лазерной технологии. После многих лет исследований команда Пекинского университета творчески выдвинула новую теорию оптических кристаллов и применила материал легкого элемента — нитрид бора, чтобы получить ультратонкий высокоэффективный оптический кристалл «угловой ромбический нитрид бора» (сокращенно TBN) для впервые заложивший теоретический и материальный фундамент нового поколения лазерных технологий. Результаты были опубликованы в Physical Review Letters, ведущем физическом журнале.
Академик Китайской академии наук, профессор факультета физики Пекинского университета Ван Энго заявил в эксклюзивном интервью агентству Синьхуа, что это достижение является не только оригинальным прорывом в китайской теории оптических кристаллов, открывающим новую область изготовления оптических кристаллов с использованием двумерных тонкопленочных материалов с легкими элементами, а также готовит TBN толщиной всего лишь микрометры, который является самым тонким оптическим кристаллом в мире, известным на сегодняшний день, и его энергоэффективность составляет 100 к 10,{{ 4}} в миллион раз выше, чем у обычного кристалла той же толщины. Его энергоэффективность в 100–10,000 раз выше, чем у обычных кристаллов той же толщины.
Фаза — это показатель, который описывает изменение формы световой волны. Когда световые волны в кристалле синхронизированы по фазе и идут в ногу, можно получить лазер с идеальной эффективностью и мощностью. В последние годы из-за ограничений традиционных теоретических моделей и материальных систем существующие кристаллы было трудно удовлетворить потребностям развития миниатюризации, высокой интеграции и функционализации лазеров.
С этой целью профессор Лю Кайхуэй, директор Института физики конденсированных сред и физики материалов Школы физики Пекинского университета и заместитель директора кросс-платформы квантовых материалов легких элементов в Комплексном национальном научном центре Хуайжоу в Пекине, вместе с Ван Энго возглавил группу исследователей, которые предложили новую «теорию углового синхронизма». Команда обнаружила, что, складывая материалы из нитрида бора в стопку в виде «строительных блоков», а затем «поворачивая» их под особым углом, фазы различных световых волн можно свести воедино, образуя высокоэффективный оптический кристалл TBN.
«Если лазер, генерируемый в кристалле, рассматривать как команду, использование метода «поворота» может сделать всех участников направления и темпа высокоскоординированными, что может повысить эффективность преобразования энергии лазера». Лю Кайхуэй сказал, что толщина TBN составляет всего от 1 до 10 микрон, что эквивалентно одной тридцатой толщины обычной бумаги формата А4, в то время как толщина современных оптических кристаллов обычно составляет порядка миллиметров или даже сантиметров.
«Оптические кристаллы являются краеугольным камнем развития лазерных технологий». Ожидается, что благодаря своему ультратонкому размеру, отличной интегрируемости и совершенно новым функциям TBN в будущем осуществит прорыв в новых приложениях в таких областях, как квантовые источники света, фотонные чипы и искусственный интеллект, сказал Ван Энго.