2024 中关村论坛年会开幕式于 4 月 25 日举行，公布了我国科学家发明的世界上已知最薄的光学晶体——菱方氮化硼晶体。

据介绍，光学晶体是激光技术的“心脏”。激光技术在微纳加工、量子光源、生物监测等领域都有重要应用。集成化、微型化、多功能化是未来激光器的发展方向，中国科学家经反复组合尝试，锁定轻巧的氮化硼为最优选择。

北京大学科研团队创造性提出“转角相位匹配理论”，并应用氮化硼首次制备出超薄、高能效光学晶体“转角菱方氮化硼”。厚度仅为微米量级，能效提升至少 100 倍，为新一代激光技术奠定了理论和材料基础。

2023 年 12 月，北京大学物理学院量子材料科学中心王恩哥院士、凝聚态物理与材料物理研究所刘开辉教授和洪浩特聘副研究员与合作者在非线性光学晶体领域取得重大突破。

相关研究成果以“二维材料光学晶体转角相位匹配”（Twist-phase-matching in two-dimensional materials）为题在线发表于 《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上。

研究团队探索发现二维轻元素材料菱方氮化硼具有深紫外的带隙、优异的物理化学稳定性、超高的激光损伤阈值和非线性系数，是非常理想的紫外光学晶体材料。基于界面转角相位匹配理论，团队成功制备了第三类光学晶体，转角菱方氮化硼光学晶体。

氮化硼晶体在宽光谱范围内实现了光学倍频转换效率的突破，3.2 微米厚度下可达 8%，同厚度下相较于传统晶体提升了 100-10000 倍，是世界已知最薄的光学晶体。

此外，转角相位匹配赋予氮化硼全新的功能，使其能够有效调控参量光的偏振态。这一突破为新一代“极限波长”“极限尺寸”“极限稳定”激光技术的革新奠定了理论和材料基础。

刘开辉教授表示“该理论的应用有望让激光器的尺寸缩小至微米级。一些过去无法制造光学晶体的材料，也有望在材料堆叠角度的转动中再次焕发生机”。

附论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.233801 


                                        
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