北京大學問世世界最薄光學晶體：氮化硼晶體

4月25日報道，2024中關村論壇年會期間，公布了我國科學家研發的全球最薄光學晶體——菱方氮化硼晶體。

據悉，光學晶體被譽為激光技術的核心部件，廣泛運用于微納加工、量子光源及生物檢測等領域。北京大學科研團隊通過不斷嘗試，最終確定氮化硼作為最適合研發新型激光器的材料。

為此，該團隊創新性地提出了“轉角相位匹配理論”，進而成功研制出厚度僅為微米級別的超薄、高效光學晶體“轉角菱方氮化硼”。這種晶體的能效比傳統晶體提高了至少100倍，為新一代激光技術的實現提供了堅實的理論和材料支撐。

值得注意的是，2023年12月，北京大學物理學院量子材料科學中心王恩哥院士、凝聚態物理與材料物理研究所劉開輝教授和洪浩特聘副研究員等人在非線性光學晶體領域取得了重大突破。他們的研究成果已在《物理評論快報》雜志上發表，題目為“二維材料光學晶體轉角相位匹配”。

研究團隊發現，二維輕元素材料菱方氮化硼具備深紫外帶隙、良好的物理化學穩定性、極高的激光損傷閾值以及非線性系數，是極具潛力的紫外光學晶體材料?；诖?，團隊成功制備出第三類光學晶體——轉角菱方氮化硼光學晶體。

此外，氮化硼晶體在寬光譜范圍內實現了光學倍頻轉換效率的顯著提升，3.2微米厚度下可達到8%，相比傳統晶體提升了100-10000倍，成為全球最薄的光學晶體。同時，轉角相位匹配賦予氮化硼全新的功能，使得它可以有效調控參量光的偏振態。這項突破為新一代“極限波長”“極限尺寸”“極限穩定”激光技術的革新奠定了理論和材料基礎。

劉開輝教授指出，“該理論的應用有望將激光器的尺寸縮減至微米級別。一些原本難以制造光學晶體的材料，也有望在材料堆疊角度的轉變中重新煥發活力”。