Najnowsze postępy w mechanizmie generowania laserów i nowe badania nad laserami

Najnowsze postępy w mechanizmie generowania laserów i nowebadania laserowe
Niedawno grupa badawcza profesora Zhanga Huaijina i profesora Yu Haohai z Państwowego Laboratorium Materiałów Krystalicznych Uniwersytetu Shandong oraz profesora Chen Yanfenga i profesora He Chenga z Państwowego Laboratorium Fizyki Mikrostruktury Stałej Uniwersytetu Nankińskiego wspólnie rozwiązała ten problem i zaproponowała mechanizm generacji lasera w procesie pompowania foonowo-fononowego, przyjmując tradycyjny kryształ lasera Nd:YVO4 jako reprezentatywny obiekt badań. Wysoka wydajność lasera superfluorescencji jest uzyskiwana poprzez przełamanie granicy poziomów energetycznych elektronów, a fizyczna zależność między progiem generacji lasera a temperaturą (liczba fononów jest ściśle powiązana) została ujawniona, a forma wyrażenia jest taka sama jak prawo Curie. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Communications (doi:10.1038/S41467-023-433959-9) pod tytułem „Photon-phonon collaborative pumped laser”. Yu Fu i Fei Liang, doktorantka z roku 2020 w State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, są pierwszymi współautorami, Cheng He, State Key Laboratory of Solid Microstructure Physics, Nankin University, jest drugim autorem, a profesorowie Yu Haohai i Huaijin Zhang z Shandong University oraz Yanfeng Chen z Nankin University są współautorami korespondencyjnymi.
Od czasu, gdy Einstein zaproponował teorię promieniowania stymulowanego światła w ubiegłym stuleciu, mechanizm lasera został w pełni rozwinięty, a w 1960 roku Maiman wynalazł pierwszy laser na ciele stałym pompowany optycznie. Podczas generacji laserowej, relaksacja termiczna jest ważnym zjawiskiem fizycznym towarzyszącym generacji lasera, które poważnie wpływa na wydajność lasera i dostępną moc lasera. Relaksacja termiczna i efekt termiczny zawsze były uważane za kluczowe szkodliwe parametry fizyczne w procesie laserowym, które muszą być redukowane za pomocą różnych technologii wymiany ciepła i chłodzenia. Dlatego historię rozwoju laserów uważa się za historię walki z ciepłem odpadowym.

Teoretyczny przegląd kooperacyjnego lasera pompującego fotonowo-fononowego

Zespół badawczy od dawna zajmuje się badaniami nad laserami i nieliniowymi materiałami optycznymi, a w ostatnich latach proces relaksacji termicznej został dogłębnie zrozumiany z perspektywy fizyki ciała stałego. Opierając się na podstawowej idei, że ciepło (temperatura) jest ucieleśnione w mikrokosmicznych fononach, uważa się, że sama relaksacja termiczna jest kwantowym procesem sprzężenia elektron-fonon, który umożliwia kwantowe dopasowanie poziomów energetycznych elektronów poprzez odpowiednią konstrukcję lasera i uzyskanie nowych kanałów przejścia elektronowego w celu generowania nowych długości fal.laserW oparciu o tę koncepcję zaproponowano nową zasadę generacji lasera z kooperacyjnym pompowaniem elektronowo-fononowym, a regułę przejścia elektronowego w sprzężeniu elektronowo-fononowym wyprowadzono, przyjmując Nd:YVO4, podstawowy kryształ laserowy, jako obiekt reprezentatywny. Jednocześnie skonstruowano niechłodzony laser z kooperacyjnym pompowaniem fotonowo-fononowym, który wykorzystuje tradycyjną technologię pompowania diodą laserową. Zaprojektowano laser o rzadkiej długości fali 1168 nm i 1176 nm. Na tej podstawie, opierając się na podstawowej zasadzie generacji laserowej i sprzężeniu elektronowo-fononowym, stwierdzono, że iloczyn progu generacji laserowej i temperatury jest stały, co jest zgodne z prawem Curie w magnetyzmie, a także demonstruje podstawowe prawo fizyczne w procesie nieuporządkowanego przejścia fazowego.

Eksperymentalna realizacja kooperacji fotonów i fononówlaser pompujący

Niniejsza praca przedstawia nową perspektywę dla nowatorskich badań nad mechanizmem generowania laserów,fizyka laserowai laser wysokoenergetyczny wskazują na nowy wymiar projektowania technologii rozszerzania długości fali lasera i eksploracji kryształów laserowych, a także mogą przynieść nowe pomysły badawcze na rozwójoptyka kwantowa, medycyna laserowa, wyświetlacze laserowe i inne pokrewne dziedziny zastosowań.