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高性能声光材料与器件课题组
- 课题组概况
高性能声光材料与器件课题组（AOM&D Group）聚焦高性能声光材料及器件的基础研究、技术攻关与中试生产全链条发展。
独创高纯晶体制备新技术，成功制备出大尺寸高纯二氧化碲（TeO₂）晶体，支撑了国际大科学工程应用。相关核心技术先后获得 2012 年中国授权专利（ZL 200910048849.5）、2013 年美国授权专利（US 8480996B2）、2014 年欧洲授权专利（EP 2415912B1），牵头制定行业标准《JC/T 2139-2012 声光晶体用二氧化碲单晶》。
近年来，通过自主研发高精度一体化晶体生长控制系统，进一步攻克了大尺寸高消光比TeO₂晶体的关键制备技术，支撑了探月探火等领域的关键材料需求。在此基础上开展了高性能声光器件的技术攻关，实现了从核心材料到器件的自主可控，获得多项中国授权专利（ZL201910403440.4、ZL202211025081.1、ZL202210826511.3）。
作为国际上最早开展并实现TeO2晶体坩埚下降法生长与批量化制备的课题组，深耕声光材料与器件领域四十余年，获得国际发明博览会银牌、国家技术进步二等奖等众多奖项与荣誉。
图1 课题组发展历史与主要获奖情况
- 关键成果与应用
围绕高性能声光材料设计与制备科学、声光耦合与能量传递优化机制及高分辨、快响应、大口径声光器件等研究方向，聚焦高性能声光材料与器件全链条创新，开展从晶体生长、性能优化到器件研制的系统攻关，研究成果支撑国际大科学工程与高端装备应用。
（1）高纯TeO₂晶体
图2 我组研制的大尺寸优质TeO2晶体照片
130Te以其双β衰变性能、高的自然丰度成为了研究中微子双β衰变性能的首选材料之一。大型科学项目CUORE正是利用TeO2晶体的双b衰变特性来研究中微子的绝对质量与特性。CUORE项目采用了988块、总重量达740kg的TeO2晶体阵列作为低温量热器的衰变源（参见图3）。作为CUORE项目所需探测晶体的全球唯一成功研制单位，制备的U/Th≤10⁻¹⁴ g/g 高纯TeO2晶体阵列支撑CUORE项目于2022年、2025年分别在《Nature》《Science》发表重要成果，给出中微子马约拉纳属性最严格实验限制。CUORE实验装置已成为目前世界上最大的极低温晶体量热装置，实现了晶体量热器探测技术的创新，为下一代更高分辨率的CUPID实验建立了基础。
图3 用于CUORE项目的988块TeO2晶体阵列
（2）高消光比TeO₂晶体
通过自主研发高精度一体化晶体生长控制系统，课题组进一步突破大尺寸高消光比晶体制备关键技术，攻克缺陷调控、光学均匀性优化等核心难题，实现晶体从高纯材料向高性能功能材料升级。
图4 我组研制的大尺寸高消光比TeO2晶体照片
- 高性能声光器件
图5 声光器件原理示意图
TeO₂晶体是目前综合性能最优异的声光材料之一，声光优值M₂高达 793×10⁻¹⁸s³/g，沿 <110> 方向声速仅 0.616×10⁵cm/s，具备大孔径、低驱动功率、高稳定性等突出优势，远优于熔石英、铌酸锂、钼酸铅等传统材料（参见表1）。
利用晶体的优异光学均匀性、低内部缺陷及高偏振控制能力，课题组进一步打通声光器件转化的核心链路。通过压电换能器与晶体精密键合、射频电场激发高频弹性波使入射光衍射，实现光信号高速调控，形成完整技术与原理闭环。
表1 几种典型声光材料的声光特性
|
材料 |
声波传播方向 |
声速(×105cm/s) |
声光优值M2(×10-18s3/g) |
|
熔石英 |
5.960 |
1 | |
|
铌酸锂 |
<100> |
6.570 |
4.6 |
|
钼酸铅 |
<001> |
3.362 |
36.1 |
|
溴化铅 |
<010> |
0.65 |
550 |
|
氯化亚汞 |
<110> |
0.347 |
700 |
|
二氧化碲 |
<110> |
0.616 |
793 |
依托自主大尺寸高消光比TeO₂晶体，课题组建成晶体生长—精密加工—器件封装—测试全链条产业化平台，批量研制声光调制器、声光Q开关、声光偏转器等系列器件，支持自由空间、光纤耦合等多种构型，可定制化供货。
声光器件基于声光效应实现光信号高速处理，广泛应用于激光照排、激光加工、激光显示、光谱分析等领域，在航空、航天、通讯、化工等领域发挥关键作用。伴随激光装备小型化、智能化趋势，大孔径、超快响应成为声光器件重要发展方向，课题组产品已深度适配激光打标等工业升级需求。
图6 我组研制的系列声光器件产品
- 联系方式
联系人：朱勇 博士 （课题组长）
Contact Person: Dr. Yong Zhu
邮编(Post Code)：201800
通讯地址：上海市嘉定区和硕路588号
Mail Address: 588 Heshuo Road, Jiading District, Shanghai 201800, P.R.China
单位名称：中国科学院上海硅酸盐研究所
Company Name: Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences
电话(Tel.)：86-21-69987889
传真(Fax.)：86-21-59927184
电子邮件(E-mail): yongz@mail.sic.ac.cn
联系人：岳世海
Contact Person: Mr. Shihai Yue
邮编(Post Code)：201800
通讯地址：上海市嘉定区和硕路588号
Mail Address: 588 Heshuo Road, Jiading District, Shanghai 201800, P.R.China
单位名称：中国科学院上上海硅酸盐研究所
Company Name: Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences
电话(Tel.)：86-21-69987880
传真(Fax.)：86-21-59927184
电子邮件(E-mail): yueshihai@mail.sic.ac.cn
