Останні досягнення в механізмі генерації лазера та нові лазерні дослідження

Останні досягнення в механізмі генерації лазера та новілазерне дослідження
Нещодавно дослідницька група професора Чжана Хуайцзіня та професора Юй Хаохая з Державної ключової лабораторії кристалічних матеріалів Шаньдунського університету, а також професора Чень Яньфена та професора Хе Чена з Державної ключової лабораторії фізики мікроструктур твердих тіл Нанкінського університету спільно працювала над вирішенням цієї проблеми та запропонувала механізм генерації лазера за допомогою спільного фононно-фононного накачування, взявши за репрезентативний об'єкт дослідження традиційний лазерний кристал Nd:YVO4. Високоефективний лазерний вихід суперфлуоресценції досягається шляхом подолання граничного рівня енергії електронів, і виявлено фізичний зв'язок між порогом генерації лазера та температурою (кількість фононів тісно пов'язана), а форма виразу така ж, як закон Кюрі. Дослідження було опубліковано в Nature Communications (doi:10.1038/S41467-023-433959-9) під назвою «Фотонно-фононний спільно накачуваний лазер». Юй Фу та Фей Лян, аспірант випуску 2020 року, Державна ключова лабораторія кристалічних матеріалів Шаньдунського університету, є співавторами першими, Чен Хе, Державна ключова лабораторія фізики мікроструктур твердих тіл, Нанкінський університет, є другим автором, а професори Юй Хаохай та Хуайцзінь Чжан, Шаньдунський університет, і Яньфен Чен, Нанкінський університет, є співавторами-кореспондентами.
З моменту, як Ейнштейн запропонував теорію вимушеного випромінювання світла в минулому столітті, лазерний механізм був повністю розроблений, а в 1960 році Майман винайшов перший твердотільний лазер з оптичним накачуванням. Під час генерації лазера теплова релаксація є важливим фізичним явищем, що супроводжує генерацію лазера, і серйозно впливає на його продуктивність та доступну потужність. Термічна релаксація та тепловий ефект завжди вважалися ключовими шкідливими фізичними параметрами в лазерному процесі, які необхідно зменшувати за допомогою різних технологій теплопередачі та охолодження. Тому історію розвитку лазерів вважають історією боротьби з відходами тепла.

Теоретичний огляд кооперативного фотон-фононного накачуючого лазера

Дослідницька група вже давно займається дослідженнями лазерних та нелінійно-оптичних матеріалів, і в останні роки процес теплової релаксації був глибоко вивчений з точки зору фізики твердого тіла. Виходячи з базової ідеї, що тепло (температура) втілена в мікрокосмічних фононах, вважається, що сама теплова релаксація є квантовим процесом електрон-фононного зв'язку, який може реалізувати квантове налаштування енергетичних рівнів електронів за допомогою відповідного дизайну лазера та отримати нові канали переходу електронів для генерації нової довжини хвилі.лазерНа основі цих міркувань запропоновано новий принцип генерації лазера з кооперативним електрон-фононним накачуванням, а також виведено правило переходу електрона при електрон-фононному зв'язку, взявши за репрезентативний об'єкт Nd:YVO4, базовий лазерний кристал. Водночас побудовано неохолоджуваний лазер з кооперативним накачуванням фотонів, який використовує традиційну технологію лазерного діода. Розроблено лазер з рідкісними довжинами хвиль 1168 нм та 1176 нм. На цій основі, виходячи з основного принципу генерації лазера та електрон-фононного зв'язку, виявлено, що добуток порогу генерації лазера та температури є константою, що збігається з виразом закону Кюрі в магнетизмі, а також демонструє основний фізичний закон у процесі невпорядкованого фазового переходу.

Експериментальна реалізація фотон-фононної коопераціїнакачуючий лазер

Ця робота пропонує нову перспективу для передових досліджень механізму генерації лазера,лазерна фізика, і високоенергетичний лазер, вказує на новий вимір дизайну для технології розширення довжини хвилі лазера та дослідження лазерних кристалів, і може принести нові дослідницькі ідеї для розвиткуквантова оптика, лазерна медицина, лазерний дисплей та інші суміжні сфери застосування.