Группа китайских исследователей изобрела новый энергоэффективный ультратонкий оптический кристалл, используя новую теорию, которая закладывает основу для лазерных технологий следующего поколения.
Скрученный нитрид бора, разработанный командой, имеет толщину в несколько микрометров, что делает его самым тонким известным оптическим кристаллом в мире, сообщил недавно Синьхуа профессор Ван Энге из Школы физики Пекинского университета. По сравнению с обычными кристаллами той же толщины его энергоэффективность выросла в 100–10,000 раз.
Ван, академик Китайской академии наук, сказал, что полученные результаты являются оригинальной инновацией в китайской теории оптических кристаллов и открывают новую область создания оптических кристаллов из двумерных тонкопленочных материалов, содержащих легкие элементы.
Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Лазер – одна из фундаментальных технологий информационного общества. Оптические кристаллы могут реализовывать такие функции, как преобразование частоты, параметрическое усиление и модуляция сигнала, и являются ключевыми компонентами лазерных устройств.
В последние 60 лет исследования и разработки оптических кристаллов руководствовались в основном двумя теориями синхронизма, предложенными американскими учёными.
Однако из-за ограничений традиционных теоретических моделей и материальных систем существующие кристаллы трудно удовлетворить требованиям миниатюризации, высокой интеграции и функционализации лазерных устройств для будущих разработок. Развитие лазерных технологий нового поколения требует прорывов в теории оптических кристаллов и материалах.
Ван Энго и профессор Лю Кайхуэй, директор Института физики конденсированных сред и материалов физического факультета Пекинского университета, возглавили группу по разработке третьей теории синхронизма, основанной на материальных системах легких элементов, — теории скрученного синхронизма.
«Лазеры, создаваемые оптическими кристаллами, можно рассматривать как отдельные марширующие колонны. Скручивающий механизм может обеспечить высокую скоординированность направления и темпа каждого человека, что значительно повышает эффективность преобразования энергии лазера», — объясняет Лю, который также является заместителем директора. Института пересечения квантовых материалов легких элементов в Национальном комплексном научном центре Хуайжоу в Пекине.
Он сказал, что исследование открывает совершенно новые способы проектирования и материальные системы, реализуя целую цепочку оригинальных инноваций от базовой оптической теории до материаловедения и технологий.
«Толщина кристаллов TBN колеблется от 1 до 10 микрометров. Большинство известных нам ранее оптических кристаллов имели толщину на уровне одного миллиметра или даже сантиметров», — добавил Лю.
Технология производства ТБН в настоящее время патентуется в США, Великобритании, Японии и других странах. Команда создала прототипы TBN-лазеров и работает с компаниями над разработкой лазерных технологий следующего поколения.
«Оптические кристаллы являются краеугольным камнем развития лазерных технологий, а будущее лазерных технологий определяется теорией проектирования и технологией производства оптических кристаллов», — сказал Ван.
Ожидается, что благодаря своему ультратонкому размеру, превосходному потенциалу интеграции и новым функциям кристаллы TBN станут прорывом в новых приложениях в будущем в таких областях, как квантовые источники света, фотонные чипы и искусственный интеллект.
