近日，北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心王恩哥院士、凝聚態(tài)物理與材料物理研究所劉開輝教授和洪浩特聘副研究員與合作者在非線性光學(xué)晶體領(lǐng)域取得重大突破。研究團(tuán)隊首創(chuàng)了全新相位匹配概念——界面轉(zhuǎn)角相位匹配理論，并制備了一種全新類型光學(xué)晶體——轉(zhuǎn)角菱方氮化硼光學(xué)晶體，開辟了光學(xué)晶體領(lǐng)域新的設(shè)計理論和材料體系。2023年12月4日，相關(guān)研究成果以《二維材料光學(xué)晶體轉(zhuǎn)角相位匹配》（“Twist-phase-matching in two-dimensional materials”）為題在線發(fā)表于 《物理評論快報》（Physical Review Letters）雜志上。

光學(xué)晶體是激光技術(shù)的“心臟”，是實現(xiàn)激光頻率轉(zhuǎn)換、脈沖壓縮、數(shù)據(jù)加密、信息處理等功能的核心元件。研究團(tuán)隊探索發(fā)現(xiàn)二維輕元素材料菱方氮化硼具有深紫外的帶隙、優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性、超高的激光損傷閾值和非線性系數(shù)，是非常理想的紫外光學(xué)晶體材料�；�于界面轉(zhuǎn)角相位匹配理論，團(tuán)隊成功制備了第三類光學(xué)晶體，轉(zhuǎn)角菱方氮化硼（TBN）光學(xué)晶體。TBN晶體在寬光譜范圍內(nèi)實現(xiàn)了光學(xué)倍頻轉(zhuǎn)換效率的突破，3.2微米厚度下可達(dá)8%，同厚度下相較于傳統(tǒng)晶體提升了100—10000倍，是世界已知最薄的光學(xué)晶體。此外，轉(zhuǎn)角相位匹配賦予TBN全新的功能，使其能夠有效調(diào)控參量光的偏振態(tài)。這一突破為新一代“極限波長”“極限尺寸”“極限穩(wěn)定”激光技術(shù)的革新奠定了理論和材料基礎(chǔ)。

轉(zhuǎn)角相位匹配理論示意圖及TBN光學(xué)晶體性能測試

北京大學(xué)物理學(xué)院凝聚態(tài)物理與材料物理研究所洪浩、黃琛、馬辰俊、戚嘉杰為論文共同第一作者，洪浩、劉開輝、王恩哥為論文共同通訊作者。該研究成果得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、騰訊新基石基金等經(jīng)費支持。

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