В Китае изобрели ультратонкий оптический кристалл для лазеров нового поколения

Группа китайских исследователей использовала новую теорию, чтобы изобрести новый тип ультратонкого оптического кристалла с высокой энергоэффективностью, заложив основу для лазерных технологий следующего поколения. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Профессор Ван Энге из Пекинского университета и Китайской академии наук сообщил, что созданный командой твист-нитрид бора (TBN) толщиной микрона является самым тонким оптическим кристаллом, известным в настоящее время в мире. По сравнению с традиционными кристаллами той же толщины его энергоэффективность увеличивается в 100–10 000 раз.

Ван сказал, что это достижение является оригинальной инновацией Китая в теории оптических кристаллов и создало новую область создания оптических кристаллов из двумерных тонкопленочных материалов легких элементов.

Лазер – одна из основополагающих технологий информационного общества. Оптические кристаллы могут реализовывать функции преобразования частоты, параметрического усиления и модуляции сигнала, и это лишь некоторые из них, и являются ключевыми частями лазерных устройств.

В последние 60 лет исследования и разработки оптических кристаллов в основном руководствовались двумя теориями синхронизма, предложенными учеными в США.

Однако из-за ограничений традиционных теоретических моделей и материальных систем существующие кристаллы не могут удовлетворить будущие требования к разработке лазерных устройств, такие как миниатюризация, высокая интеграция и функционализация. Развитие лазерных технологий нового поколения требует прорывов в теории оптических кристаллов и материалов.

Ван Энге и профессор Лю Кайхуэй из Пекинского университета, возглавили группу по разработке теории синхронизма скручивания, третьей теории синхронизма, основанной на свето-синхронизме. 

«Лазер, генерируемый оптическими кристаллами, можно рассматривать как марширующую колонну людей. Механизм поворота может обеспечить высокую скоординированность направления и темпа каждого, что значительно повышает эффективность преобразования энергии лазера», — объяснил Лю.

По его словам, исследование открыло совершенно новую модель дизайна и систему материалов и реализовало оригинальные инновации всей цепочки от базовой теории оптики до материаловедения и технологии.

«Толщина кристалла TBN колеблется от 1 до 10 микрон. Толщина известных нам ранее оптических кристаллов в основном находится на уровне миллиметра или даже сантиметра», — добавил Лю.

Технология производства ТБН сейчас подается на патенты в США, Великобритании, Японии и других странах. Команда изготовила прототип лазера ТБН и совместно с предприятиями разрабатывает лазерную технологию нового поколения.

«Оптический кристалл является краеугольным камнем развития лазерных технологий, а будущее лазерных технологий определяется теорией проектирования и технологией производства оптических кристаллов», — сказал Ван.

По словам Ванга, благодаря сверхтонкому размеру, превосходному потенциалу интеграции и новым функциям кристалл TBN обеспечит новые прорывы в применении в квантовых источниках света, фотонных чипах, искусственном интеллекте и других областях в будущем.