北京大学问世世界最薄光学晶体：氮化硼晶体

4月25日报道，2024中关村论坛年会期间，公布了我国科学家研发的全球最薄光学晶体——菱方氮化硼晶体。

据悉，光学晶体被誉为激光技术的核心部件，广泛运用于微纳加工、量子光源及生物检测等领域。北京大学科研团队通过不断尝试，最终确定氮化硼作为最适合研发新型激光器的材料。

为此，该团队创新性地提出了“转角相位匹配理论”，进而成功研制出厚度仅为微米级别的超薄、高效光学晶体“转角菱方氮化硼”。这种晶体的能效比传统晶体提高了至少100倍，为新一代激光技术的实现提供了坚实的理论和材料支撑。

值得注意的是，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等人在非线性光学晶体领域取得了重大突破。他们的研究成果已在《物理评论快报》杂志上发表，题目为“二维材料光学晶体转角相位匹配”。

研究团队发现，二维轻元素材料菱方氮化硼具备深紫外带隙、良好的物理化学稳定性、极高的激光损伤阈值以及非线性系数，是极具潜力的紫外光学晶体材料。基于此，团队成功制备出第三类光学晶体——转角菱方氮化硼光学晶体。

此外，氮化硼晶体在宽光谱范围内实现了光学倍频转换效率的显著提升，3.2微米厚度下可达到8%，相比传统晶体提升了100-10000倍，成为全球最薄的光学晶体。同时，转角相位匹配赋予氮化硼全新的功能，使得它可以有效调控参量光的偏振态。这项突破为新一代“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。

刘开辉教授指出，“该理论的应用有望将激光器的尺寸缩减至微米级别。一些原本难以制造光学晶体的材料，也有望在材料堆叠角度的转变中重新焕发活力”。