Група китайски изследователи са изобретили нов енергийно ефективен, ултратънък оптичен кристал, използвайки нова теория, която поставя основата за лазерна технология от следващо поколение.
Усуканият борен нитрид, разработен от екипа, има дебелина от микрометри, което го прави най-тънкият известен оптичен кристал в света, каза наскоро за Синхуа професор Уанг Енге от Факултета по физика на Пекинския университет. В сравнение с конвенционалните кристали със същата дебелина, неговата енергийна ефективност се е увеличила от 100 до 10, 000 пъти.
Уанг, академик в Китайската академия на науките, каза, че резултатите са оригинална иновация в китайската теория за оптичните кристали и откриват ново поле за създаване на оптични кристали от двуизмерни тънкослойни материали с леки елементи.
Резултатите от изследването бяха публикувани наскоро в списанието Physical Review Letters.
Лазерът е една от основните технологии на информационното общество. Оптичните кристали могат да реализират функции като честотно преобразуване, параметрично усилване и модулация на сигнала и са ключови компоненти на лазерните устройства.
През последните 60 години изследванията и развитието на оптичните кристали се ръководят главно от две теории за съвпадение на фазите, предложени от американски учени.
Въпреки това, поради ограниченията на традиционните теоретични модели и материални системи, съществуващите кристали трудно могат да отговорят на изискванията за миниатюризация, висока интеграция и функционализация на лазерни устройства за бъдещо развитие. Разработването на лазерна технология от следващо поколение изисква открития в теорията на оптичните кристали и материалите.
Wang Engo и проф. Liu Kaihui, директор на Института по физика на кондензираната материя и материали, Факултет по физика, Пекинския университет, ръководиха екип за разработване на трета теория за съвпадение на фазите, базирана на материални системи от леки елементи - теорията за съвпадение на усуканата фаза.
"Лазерите, произведени от оптични кристали, могат да се разглеждат като отделни колони на маршируване. Механизмът на усукване може да направи посоката и темпото на всеки индивид силно координирани, като значително подобрява ефективността на преобразуване на енергията на лазера", обяснява Лиу, който е и заместник-директор от Института за пресичане на квантовите материали на леките елементи в Националния интегриран научен център Хуайру в Пекин.
Той каза, че изследването отваря напълно нови режими на проектиране и материални системи, реализирайки цяла верига от оригинални иновации от основната оптична теория до науката за материалите и технологията.
"Дебелината на TBN кристалите варира от 1 до 10 микрометра. Повечето от оптичните кристали, които познавахме преди, имаха дебелина на ниво от един милиметър или дори сантиметри", добави Лиу.
Технологията за производство на TBN в момента се патентова в САЩ, Великобритания, Япония и други страни. Екипът е произвел прототипи на TBN лазери и работи с компании за разработване на лазерна технология от следващо поколение.
„Оптичните кристали са крайъгълният камък на развитието на лазерната технология и бъдещето на лазерната технология се определя от теорията на дизайна и производствената технология на оптичните кристали“, каза Уанг.
Със своите ултратънки размери, отличен потенциал за интеграция и нови функции, кристалите TBN се очаква да реализират нови пробиви в приложенията в бъдеще в области като квантови източници на светлина, фотонни чипове и изкуствен интелект.
