Najnowsze osiągnięcia w zakresie mechanizmu generowania laserów i nowe badania nad laserami

Najnowsze osiągnięcia w zakresie mechanizmu generowania lasera i nowychbadania laserowe
Niedawno grupa badawcza profesora Zhang Huaijina i profesora Yu Haohai z Państwowego Laboratorium Materiałów Kryształowych Uniwersytetu Shandong oraz profesora Chen Yanfenga i profesora He Chenga z Państwowego Laboratorium Fizyki Mikrostruktury Stałej Uniwersytetu Nankińskiego współpracowała, aby rozwiązać problem i zaproponowała mechanizm generacji lasera wspólnego pompowania foonowo-fononowego, a tradycyjny kryształ lasera Nd:YVO4 przyjął jako reprezentatywny obiekt badawczy. Wysoka wydajność lasera superfluorescencji jest uzyskiwana przez przełamanie granicy poziomu energii elektronów, a fizyczny związek między progiem generacji lasera a temperaturą (liczba fononów jest ściśle powiązana) jest ujawniany, a forma wyrażenia jest taka sama jak prawo Curie. Badanie zostało opublikowane w Nature Communications (doi:10.1038/S41467-023-433959-9) pod nazwą „Photon-phonon collaboratively pumped laser”. Yu Fu i Fei Liang, doktorantka z klasy 2020 w State Key Laboratory of Crystal Materials na Uniwersytecie Shandong, są pierwszymi współautorami, Cheng He, z State Key Laboratory of Solid Microstructure Physics na Uniwersytecie w Nankinie, jest drugim autorem, a profesorowie Yu Haohai i Huaijin Zhang z Uniwersytetu Shandong oraz Yanfeng Chen z Uniwersytetu w Nankinie są współautorami korespondencyjnymi.
Od czasu, gdy Einstein zaproponował teorię stymulowanego promieniowania światła w ubiegłym stuleciu, mechanizm lasera został w pełni rozwinięty, a w 1960 roku Maiman wynalazł pierwszy optycznie pompowany laser półprzewodnikowy. Podczas generacji laserowej, relaksacja termiczna jest ważnym zjawiskiem fizycznym towarzyszącym generacji laserowej, które poważnie wpływa na wydajność lasera i dostępną moc lasera. Relaksacja termiczna i efekt termiczny były zawsze uważane za kluczowe szkodliwe parametry fizyczne w procesie laserowym, które muszą zostać zredukowane przez różne technologie wymiany ciepła i chłodzenia. Dlatego historia rozwoju laserów jest uważana za historię walki z ciepłem odpadowym.

Teoretyczny przegląd kooperacyjnego lasera pompującego foton-fonon

Zespół badawczy od dawna zajmuje się badaniami laserów i nieliniowych materiałów optycznych, 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 może realizować kwantowe dostosowywanie poziomów energii elektronów poprzez odpowiednią konstrukcję lasera i uzyskiwać nowe kanały przejścia elektronów w celu generowania nowej długości fali.laser. W oparciu o to myślenie zaproponowano nową zasadę kooperacyjnej generacji lasera pompującego elektronowo-fononowego, a regułę przejścia elektronowego w sprzężeniu elektronowo-fononowym wyprowadzono, biorąc Nd:YVO4, podstawowy kryształ laserowy, jako obiekt reprezentatywny. Jednocześnie skonstruowano niechłodzony kooperacyjny laser pompujący fotonowo-fononowy, który wykorzystuje tradycyjną technologię pompowania diodą laserową. Zaprojektowano laser o rzadkiej długości fali 1168 nm i 1176 nm. Na tej podstawie, w oparciu o podstawową zasadę generacji laserowej i sprzężenia elektronowo-fononowego, stwierdzono, że iloczyn progu generacji laserowej i temperatury jest stały, co jest takie samo, jak wyrażenie prawa Curie w magnetyzmie, a także demonstruje podstawowe prawo fizyczne w procesie nieuporządkowanego przejścia fazowego.

Eksperymentalna realizacja współpracy fotonów i fononówpompujący laser

Niniejsza praca rzuca nowe światło na nowatorskie badania nad mechanizmem generowania lasera,fizyka laserowai laser wysokoenergetyczny, wskazuje na nowy wymiar projektowania technologii rozszerzania długości fali lasera i eksploracji kryształów laserowych, a także może przynieść nowe pomysły badawcze na rozwójoptyka kwantowa, medycyna laserowa, wyświetlacze laserowe i inne pokrewne dziedziny zastosowań.