Een team Chinese onderzoekers gebruikte een nieuwe theorie om een ​​nieuw type ultradun optisch kristal met hoge energie-efficiëntie te bedenken, waarmee de basis werd gelegd voor de volgende generatie lasertechnologie.

Prof. Wang Enge van de School of Physics van de Universiteit van Peking vertelde Xinhua onlangs dat het door het team gemaakte Twist Boron Nitride (TBN), met een dikte op micronniveau, het dunste optische kristal is dat momenteel ter wereld bekend is. Vergeleken met traditionele kristallen van dezelfde dikte wordt de energie-efficiëntie 100 tot 10.000 keer verhoogd.

Wang, ook een academicus van de Chinese Academie van Wetenschappen, zei dat deze prestatie een originele innovatie van China is in de theorie van optische kristallen en een nieuw veld heeft gecreëerd voor het maken van optische kristallen met tweedimensionale dunne-filmmaterialen van lichte elementen.

De onderzoeksresultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters .

Laser is een van de onderliggende technologieën van de informatiemaatschappij. Optische kristallen kunnen de functies van frequentieconversie, parametrische versterking en signaalmodulatie realiseren, om er maar een paar te noemen, en zijn de belangrijkste onderdelen van laserapparaten.

In de afgelopen 60 jaar werd het onderzoek en de ontwikkeling van optische kristallen voornamelijk geleid door twee fase-matching-theorieën, voorgesteld door wetenschappers in de Verenigde Staten.

Vanwege de beperkingen van traditionele theoriemodellen en materiaalsystemen hebben de bestaande kristallen echter moeite gehad om te voldoen aan de toekomstige vereisten voor de ontwikkeling van laserapparaten, zoals miniaturisatie, hoge integratie en functionaliteit. De ontwikkeling van een nieuwe generatie lasertechnologie heeft doorbraken nodig in de optische kristaltheorie en materialen.

Wang Enge en prof. Liu Kaihui, directeur van het Institute of Condensed Matter and Material Physics, School of Physics, Universiteit van Peking, leidden het team bij het ontwikkelen van de twist-phase-matching-theorie, de derde fase-matching-theorie gebaseerd op de licht- element materiaalsysteem.

"De laser gegenereerd door optische kristallen kan worden gezien als een marcherende colonne van individuen. Het draaimechanisme kan de richting en het tempo van iedereen zeer gecoördineerd maken, waardoor de energieomzettingsefficiëntie van de laser aanzienlijk wordt verbeterd", legt Liu uit, die tevens adjunct-directeur is van de laser. Interdisciplinair Instituut voor Quantummaterialen met Lichtelementen in het Beijing Huairou National Comprehensive Science Center.

Het onderzoek heeft een gloednieuw ontwerpmodel en materiaalsysteem opgeleverd en de oorspronkelijke innovatie van de hele keten gerealiseerd, van de fundamentele opticatheorie tot de materiaalwetenschap en -technologie, zei hij.

"De dikte van het TBN-kristal varieert van 1 tot 10 micron. De dikte van optische kristallen die we eerder kenden, ligt meestal op het niveau van een millimeter of zelfs centimeter", voegde Liu eraan toe.

De TBN-productietechnologie vraagt ​​nu patenten aan in de Verenigde Staten, Groot-Brittannië, Japan en andere landen. Het team heeft een TBN-laserprototype gemaakt en ontwikkelt samen met bedrijven de nieuwe generatie lasertechnologie.

"Optisch kristal is de hoeksteen van de ontwikkeling van lasertechnologie, en de toekomst van lasertechnologie wordt bepaald door de ontwerptheorie en productietechnologie van optische kristallen", aldus Wang.

Met zijn ultradunne formaat, uitstekend integratiepotentieel en nieuwe functies wordt verwacht dat het TBN-kristal in de toekomst nieuwe doorbraken in toepassingen op het gebied van kwantumlichtbronnen, fotonische chips, kunstmatige intelligentie en andere gebieden zal bereiken, aldus Wang.

Meer informatie: Hao Hong et al., Twist Phase Matching in tweedimensionale materialen, Fysieke recensiebrieven (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.233801. Op arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2305.11511

Journaalinformatie: Fysieke beoordelingsbrieven , arXiv

Aangeboden door de Universiteit van Peking