中国研发出全球最薄光学晶体 有望在多领域实现应用突破

北京大学科研人员成功研发出全球最薄的光学晶体，能效较同等厚度的传统晶体提升100至1万倍，未来非常有望在量子光源、光子芯片、人工智能等领域实现新的应用突破。

新华社星期一（12月18日）报道，北大科研团队提出新的光学晶体理论，并应用轻元素材料氮化硼首次制备出一种“薄如蝉翼”“几乎看不见”、具有超高能效的光学晶体——“转角菱方氮化硼”（简称TBN），为新一代激光技术奠定了理论和材料基础。这项成果近日发表于国际物理学权威期刊《物理评论快报》。

据了解，激光是信息社会的底层技术之一，光学晶体可实现频率转换、参量放大、信号调制等功能，是激光的“心脏”。

中国科学院院士、北京大学物理学院教授王恩哥指出，这一重要成果是中国在光学晶体理论方面的原创性突破，开辟了利用轻元素二维薄膜材料制备光学晶体的新领域，制备出的TBN厚度仅有微米量级，是目前世界已知最薄的光学晶体，能效相较于同等厚度传统晶体提升了100至1万倍。

过去60多年，光学晶体的研发方向主要由美国科学家提出的两种相位匹配理论所指引。此次，北大物理学院凝聚态物理与材料物理研究所所长、北京怀柔综合性国家科学中心轻元素量子材料交叉平台副主任刘开辉教授，以及王恩哥带领研究团队，基于轻元素材料体系开创出第三种相位匹配理论，即“转角相位匹配理论”。

刘开辉说：“如果我们把晶体中产生的激光看作是一支队伍，运用‘转角’方法就能让所有人的方向和步伐高度协调，就能大大提升激光的能量转换效率。”他指出，研究开辟了全新的设计模型和材料体系，实现了从基础光学到材料科学技术的全链条原始创新。

刘开辉介绍称：“这种晶体的厚度仅为1至10微米，相当于普通A4纸厚度的三十分之一，而目前已知的光学晶体厚度多为毫米甚至厘米量级。”

目前，TBN制备技术正在申请美国、英国、日本等国的专利。研究团队现已制造出TBN激光器原型机，并正与相关企业联合开发新一代激光器技术。

王恩哥指出：“光学晶体是激光技术发展的基石，谁掌握了光学晶体的设计理论和制备技术，谁就掌握了激光技术的未来。”

他补充称，TBN具备超薄尺寸、优异的可集成性和全新功能，未来非常有望在量子光源、光子芯片、人工智能等领域实现新的应用突破。