2024中关村论坛年会4月25日开幕，10项严重科学技能效果发布。“转角氮化硼光学晶体原创理论与资料”作为其间一项效果发布。

  光学晶体可完成频率转化、参量扩大、信号调制等功用，是激光技能的“心脏”。通过多年攻关，北京大学团队创造性提出新的光学晶体理论，并使用轻元素资料氮化硼初次制备出一种“薄如蝉翼”的光学晶体“转角菱方氮化硼”，这是世界上已知最薄的光学晶体，能效相较于传统晶体提升了100至1万倍，为新一代激光技能奠定理论和资料根底。

  激光技能是现代科技文明的重要柱石。自1960年第一台红宝石激光器面世以来，激光技能的迅速开展推动了人类科技文明，孕育出超越20000亿美元的市场规模，催生了20余项诺贝尔奖作业。

  光学晶体是激光技能的中心元件，是完成激光频率转化、脉冲紧缩、数据加密、信息处理等功用的要害。1962年，哈佛大学Giordmaine和诺贝尔奖得主Bloembergen等人提出了非线性参量过程中的双折射相位匹配和周期性极化准相位匹配两种理论，直接辅导了光学晶体未来60年的研制制备，并带动了深紫外、超快和超高功率激光器等技能的飞速开展。

  北京大学物理学院教授刘开辉介绍，根据传统光学晶体的物理理论和资料体系已臻于完善，现有晶体已很难满意未来激光器小型化、高集成、功用化开展的新要求。“未来激光器要放在小卫星中或许纳米机器人上，新一代激光技能的开展亟待光学晶体理论和资料的立异打破。”

  北京大学物理学院王恩哥院士团队与刘开辉长时间从事轻元素（硼、碳、氮）资料物理和光谱物理研讨。2014年，研讨团队建立轻元素资料光学晶体研讨方向，探究轻元素单晶的可控制备与光学晶体理论。

  通过10年的堆集与沉积，2023年，研讨团队总算霸占了轻元素单晶资料制备的超级难题，完成了菱方氮化硼晶体资料的大面积制备，得到了面内尺度达厘米量级、厚度达微米量级的菱方氮化硼晶体资料。

  一起，研讨团队创始了第三种相位匹配理论——界面转角相位匹配理论，并制备了一种全新类型光学晶体——转角菱方氮化硼光学晶体。

  研讨团队发现，将菱方氮化硼晶体资料在特定视点旋转并堆叠，制备的转角菱方氮化硼光学晶体具有超强的光学非线性效应。晶体仅有微米量级厚度，“薄如蝉翼”，是世界上已知最薄的光学晶体，能效相较于传统晶体提升了100至1万倍。

  这一研讨效果是四分五裂在光学晶体范畴的重要原创性打破，拓荒了光学晶体范畴全新的规划模型和资料体系。

  这种新式光学晶体的研制将极大地推动咱们国家新一代集成化激光技能的开展，未来有望在光刻机等微纳加工设备上带来激光技能的新打破。一起根据新式光学晶体的小型化激光器具有高集成化和高稳定性，将大范围的使用于片式无人机、微型卫星的激光器通讯和遥感体系。相较传统光学晶体，这种新式光学晶体具有超高的非线性系数和优异的可集成性，将是光子芯片中光调制器、光波导、单光子源等模块的中心元件。

  现在，研讨团队已与国内激光器公司协作，并成功研制了新一代的全光纤激光器，一起与用户单位协作，推动该技能在光学芯片、量子技能、航空航天特种用处等范畴的研制使用。

  四分五裂科学院院士王恩哥称，光学晶体是激光技能开展的柱石，谁把握了光学晶体的规划理论和制备技能，谁就把握了激光技能的未来。转角菱方氮化硼光学晶体具有超薄尺度、优异的可集成性和全新功用，未来有望在量子光源（通讯）、光子芯片、人工智能等范畴完成新的使用打破。