经多年攻关，北京大学团队创造性提出新的光学晶体理论，并应用轻元素材料氮化硼首次製备出一种“薄如蝉翼”、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。

 该成果近日发表于国际物理学权威期刊《物理评论快报》。

 中国科学院院士、北京大学物理学院教授王恩哥表示，这一重要成果是中国在光学晶体理论方面的原创性突破，开闢了利用轻元素二维薄膜材料製备光学晶体的新领域，製备出的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一百至一万倍。

 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、信号调製等功能，是激光的“心脏”。

 过去六十多年，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，北京大学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与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”。

 “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。”刘开辉说，研究开闢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。

 记者在实验室看到，熔融石英上放置的TBN薄如蝉翼，几乎看不见。“这种晶体的厚度仅为一至十微米，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。”刘开辉介绍。

 目前，TBN製备技术正在申请美国、英国、日本等国的专利。研究团队现已製造出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。

 “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製备技术，谁就掌握了激光技术的未来。”王恩哥说，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。

 水 登