Avenços recents en el mecanisme de generació de làser i noves investigacions sobre làsers

Avenços recents en el mecanisme de generació làser i nousinvestigació amb làser
Recentment, el grup de recerca del professor Zhang Huaijin i el professor Yu Haohai del Laboratori Estatal Clau de Materials Cristal·lins de la Universitat de Shandong i el professor Chen Yanfeng i el professor He Cheng del Laboratori Estatal Clau de Física de Microestructures Sòlides de la Universitat de Nanjing han treballat junts per resoldre el problema i han proposat el mecanisme de generació làser de bombament col·laboratiu fotó-fonó, i han pres el cristall làser Nd:YVO4 tradicional com a objecte de recerca representatiu. La sortida làser d'alta eficiència de la superfluorescència s'obté trencant el límit del nivell d'energia dels electrons, i es revela la relació física entre el llindar de generació làser i la temperatura (el nombre de fonó està estretament relacionat), i la forma d'expressió és la mateixa que la llei de Curie. L'estudi es va publicar a Nature Communications (doi:10.1038/S41467-023-433959-9) amb el nom de "Làser bombat col·laborativament fotó-fonó". Yu Fu i Fei Liang, estudiant de doctorat de la promoció 2020 del Laboratori Estatal Clau de Materials Cristal·lins de la Universitat de Shandong, són coautors primers; Cheng He, del Laboratori Estatal Clau de Física de Microestructures Sòlides de la Universitat de Nanjing, és el segon autor, i els professors Yu Haohai i Huaijin Zhang, de la Universitat de Shandong, i Yanfeng Chen, de la Universitat de Nanjing, són autors corresponsals.
Des que Einstein va proposar la teoria de la radiació estimulada de la llum al segle passat, el mecanisme làser s'ha desenvolupat completament, i el 1960, Maiman va inventar el primer làser d'estat sòlid bombat òpticament. Durant la generació de làser, la relaxació tèrmica és un fenomen físic important que acompanya la generació de làser, que afecta seriosament el rendiment del làser i la potència làser disponible. La relaxació tèrmica i l'efecte tèrmic sempre s'han considerat com els paràmetres físics nocius clau en el procés làser, que s'han de reduir mitjançant diverses tecnologies de transferència de calor i refrigeració. Per tant, la història del desenvolupament del làser es considera la història de la lluita contra la calor residual.

Visió general teòrica del làser de bombament cooperatiu fotó-fonó

L'equip de recerca fa temps que es dedica a la investigació de materials làser i òptics no lineals, i en els darrers anys, el procés de relaxació tèrmica s'ha entès profundament des de la perspectiva de la física de l'estat sòlid. Basant-se en la idea bàsica que la calor (temperatura) està incorporada als fonons microcòsmics, es considera que la relaxació tèrmica en si mateixa és un procés quàntic d'acoblament electró-fonó, que pot aconseguir una adaptació quàntica dels nivells d'energia dels electrons mitjançant un disseny làser adequat i obtenir nous canals de transició d'electrons per generar noves longituds d'ona.làserBasant-se en aquest pensament, es proposa un nou principi de generació làser de bombament cooperatiu electró-fonó, i es deriva la regla de transició d'electrons sota l'acoblament electró-fonó prenent Nd:YVO4, un cristall làser bàsic, com a objecte representatiu. Al mateix temps, es construeix un làser de bombament cooperatiu fotó-fonó no refrigerat, que utilitza la tecnologia tradicional de bombament de díodes làser. Es dissenya un làser amb una longitud d'ona excepcional de 1168 nm i 1176 nm. Sobre aquesta base, basant-se en el principi bàsic de generació làser i acoblament electró-fonó, es constata que el producte del llindar de generació làser i la temperatura és una constant, que és la mateixa que l'expressió de la llei de Curie en el magnetisme, i també demostra la llei física bàsica en el procés de transició de fase desordenada.

Realització experimental de la cooperativa fotó-fonólàser de bombament

Aquest treball ofereix una nova perspectiva per a la investigació d'avantguarda sobre el mecanisme de generació de làser,física del làser, i làser d'alta energia, assenyala una nova dimensió de disseny per a la tecnologia d'expansió de longitud d'ona làser i l'exploració de cristalls làser, i pot aportar noves idees de recerca per al desenvolupament deòptica quàntica, medicina làser, visualització làser i altres camps d'aplicació relacionats.