Een groep Chinese onderzoekers heeft een nieuw energiezuinig, ultradun optisch kristal uitgevonden met behulp van een nieuwe theorie die de basis legt voor de volgende generatie lasertechnologie.
Het door het team ontwikkelde gedraaide boornitride heeft een dikte van micrometers, waardoor het 's werelds dunste bekende optische kristal is, vertelde professor Wang Enge van de School of Physics van de Universiteit van Peking onlangs aan Xinhua. Vergeleken met conventionele kristallen van dezelfde dikte is de energie-efficiëntie ervan 100 tot 10,000 maal toegenomen.
Wang, een academicus aan de Chinese Academie van Wetenschappen, zei dat de resultaten een originele innovatie zijn in de Chinese theorie van optische kristallen en een nieuw veld openen voor het maken van optische kristallen uit tweedimensionale dunnefilmmaterialen met lichte elementen.
De onderzoeksresultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.
Laser is een van de fundamentele technologieën van de informatiemaatschappij. Optische kristallen kunnen functies realiseren zoals frequentieconversie, parametrische versterking en signaalmodulatie, en zijn sleutelcomponenten van laserapparaten.
In de afgelopen 60 jaar zijn onderzoek en ontwikkeling van optische kristallen voornamelijk geleid door twee fase-matching-theorieën, voorgesteld door Amerikaanse wetenschappers.
Vanwege de beperkingen van de traditionele theoretische modellen en materiaalsystemen zijn de bestaande kristallen echter moeilijk te voldoen aan de eisen van miniaturisatie, hoge integratie en functionaliteit van laserapparaten voor toekomstige ontwikkeling. De ontwikkeling van de volgende generatie lasertechnologie vereist doorbraken in de optische kristaltheorie en materialen.
Wang Engo en prof. Liu Kaihui, directeur van het Institute of Condensed Matter and Materials Physics, School of Physics, Universiteit van Peking, leidden een team om een derde fase-matchingtheorie te ontwikkelen, gebaseerd op materiaalsystemen van lichte elementen: de twisted phase matching-theorie.
"De lasers geproduceerd door optische kristallen kunnen worden gezien als individuele marskolommen. Het draaimechanisme kan de richting en het tempo van elk individu zeer gecoördineerd maken, waardoor de energieomzettingsefficiëntie van de laser aanzienlijk wordt verbeterd", legt Liu uit, die tevens adjunct-directeur is. van het Institute of Light Element Quantum Materials Intersection in het Huairou National Integrated Science Center in Beijing.
Hij zei dat het onderzoek volledig nieuwe ontwerpmodi en materiaalsystemen opent, waardoor een hele reeks originele innovaties wordt gerealiseerd, van fundamentele optische theorie tot materiaalwetenschap en technologie.
"De dikte van TBN-kristallen varieert van 1 tot 10 micrometer. De meeste optische kristallen die we eerder kenden hadden diktes van één millimeter of zelfs centimeter", voegde Liu eraan toe.
De TBN-productietechnologie wordt momenteel gepatenteerd in de VS, het VK, Japan en andere landen. Het team heeft prototypes van TBN-lasers geproduceerd en werkt samen met bedrijven aan de ontwikkeling van de volgende generatie lasertechnologie.
"Optische kristallen vormen 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 hun ultradunne formaat, uitstekende integratiepotentieel en nieuwe functies zullen TBN-kristallen naar verwachting in de toekomst nieuwe doorbraken in toepassingen realiseren op gebieden als kwantumlichtbronnen, fotonische chips en kunstmatige intelligentie.
