Grupa chińskich badaczy wynalazła nowy, energooszczędny, ultracienki kryształ optyczny, korzystając z nowatorskiej teorii, która kładzie podwaliny pod technologię laserową nowej generacji.
Opracowany przez zespół skręcony azotek boru ma grubość mikrometrów, co czyni go najcieńszym znanym kryształem optycznym na świecie, powiedział niedawno Xinhua profesor Wang Enge z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Pekińskiego. W porównaniu z konwencjonalnymi kryształami o tej samej grubości, jego wydajność energetyczna wzrosła od 100 do 10000 razy.
Wang, pracownik naukowy Chińskiej Akademii Nauk, powiedział, że wyniki stanowią oryginalną innowację w chińskiej teorii kryształów optycznych i otwierają nową dziedzinę wytwarzania kryształów optycznych z dwuwymiarowych materiałów cienkowarstwowych zawierających elementy świetlne.
Wyniki badań opublikowano niedawno w czasopiśmie Physical Review Letters.
Laser jest jedną z podstawowych technologii społeczeństwa informacyjnego. Kryształy optyczne mogą realizować funkcje takie jak konwersja częstotliwości, wzmacnianie parametryczne i modulacja sygnału i są kluczowymi elementami urządzeń laserowych.
W ciągu ostatnich 60 lat badania i rozwój kryształów optycznych opierały się głównie na dwóch teoriach dopasowania fazowego zaproponowanych przez amerykańskich naukowców.
Jednak ze względu na ograniczenia tradycyjnych modeli teoretycznych i systemów materiałowych istniejące kryształy są trudne do spełnienia wymagań miniaturyzacji, wysokiej integracji i funkcjonalizacji urządzeń laserowych w celu przyszłego rozwoju. Rozwój technologii laserowej nowej generacji wymaga przełomów w teorii kryształów optycznych i materiałach.
Wang Engo i profesor Liu Kaihui, dyrektor Instytutu Materii Skondensowanej i Fizyki Materiałów Szkoły Fizyki Uniwersytetu w Pekinie, kierowali zespołem mającym na celu opracowanie teorii dopasowania trzeciej fazy opartej na układach materiałowych elementów lekkich – teorii dopasowania fazy skręconej.
„Lasery wytwarzane przez kryształy optyczne można postrzegać jako pojedyncze kolumny marszu. Mechanizm skręcający może sprawić, że kierunek i tempo każdego z nich będą wysoce skoordynowane, co znacznie poprawia efektywność konwersji energii lasera” – wyjaśnia Liu, który jest także zastępcą dyrektora Instytutu Przecięcia Materiałów Kwantowych Elementów Lekkich w Narodowym Zintegrowanym Centrum Nauki Huairou w Pekinie.
Powiedział, że badania otwierają zupełnie nowe sposoby projektowania i systemy materiałowe, realizując cały łańcuch oryginalnych innowacji, od podstawowej teorii optycznej po naukę i technologię materiałową.
„Grubość kryształów TBN waha się od 1 do 10 mikrometrów. Większość kryształów optycznych, które znaliśmy wcześniej, miała grubość na poziomie jednego milimetra, a nawet centymetra” – dodał Liu.
Technologia produkcji TBN jest obecnie patentowana w USA, Wielkiej Brytanii, Japonii i innych krajach. Zespół wyprodukował prototypowe lasery TBN i współpracuje z firmami nad opracowaniem technologii laserowej nowej generacji.
„Kryształy optyczne są kamieniem węgielnym rozwoju technologii laserowej, a przyszłość technologii laserowej zależy od teorii projektowania i technologii produkcji kryształów optycznych” – powiedział Wang.
Oczekuje się, że dzięki ultracienkim rozmiarom, doskonałemu potencjałowi integracji i nowym funkcjom kryształy TBN umożliwią w przyszłości przełomowe zastosowania w takich dziedzinach, jak kwantowe źródła światła, chipy fotoniczne i sztuczna inteligencja.
