Последние достижения в области механизмов генерации лазеров и новые исследования лазеров

Последние достижения в области механизмов генерации лазеров и новыелазерные исследования
Недавно исследовательская группа профессора Чжан Хуайцзинь и профессора Юй Хаохая из Государственной ключевой лаборатории кристаллических материалов Шаньдунского университета, а также профессора Чэнь Яньфэна и профессора Хэ Чэна из Государственной ключевой лаборатории физики микроструктур твердого тела Нанкинского университета работали вместе, чтобы решить эту проблему, и предложили механизм генерации лазера с помощью фононно-фононной совместной накачки, взяв в качестве репрезентативного объекта исследования традиционный лазерный кристалл Nd:YVO4. Высокоэффективный лазерный выход суперфлуоресценции достигается за счет преодоления предела уровня энергии электронов, а также раскрывается физическая связь между порогом генерации лазера и температурой (число фононов тесно связано), а форма выражения совпадает с законом Кюри. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications (doi:10.1038/S41467-023-433959-9) под названием «Лазер с фотонно-фононной совместной накачкой». Соавторами статьи являются Юй Фу и Фэй Лян, аспирант выпуска 2020 года Государственной ключевой лаборатории кристаллических материалов Шаньдунского университета, вторым автором — Чэн Хэ, сотрудник Государственной ключевой лаборатории физики микроструктур твердого тела Нанкинского университета, а соавторами — профессора Юй Хаохай и Хуайцзинь Чжан из Шаньдунского университета и Яньфэн Чэнь из Нанкинского университета.
С тех пор, как Эйнштейн в прошлом веке предложил теорию вынужденного излучения света, механизм лазерной генерации был полностью разработан, и в 1960 году Майман изобрел первый твердотельный лазер с оптической накачкой. Тепловая релаксация является важным физическим явлением, сопутствующим лазерной генерации, которое серьёзно влияет на её характеристики и доступную мощность. Тепловая релаксация и тепловой эффект всегда считались ключевыми вредными физическими параметрами лазерной генерации, которые необходимо снижать с помощью различных технологий теплопередачи и охлаждения. Поэтому история развития лазеров считается историей борьбы с тепловыми отходами.

Теоретический обзор фотон-фононной кооперативной накачки лазера

Исследовательская группа давно занимается исследованиями лазерных и нелинейно-оптических материалов, и в последние годы процесс тепловой релаксации был глубоко изучен с точки зрения физики твердого тела. Основываясь на базовой идее о том, что тепло (температура) воплощается в микрокосмических фононах, предполагается, что сама тепловая релаксация представляет собой квантовый процесс электрон-фононного взаимодействия, который позволяет осуществлять квантовую настройку энергетических уровней электронов посредством соответствующей конструкции лазера и создавать новые каналы электронных переходов для генерации новых длин волн.лазер. На основе этих размышлений предложен новый принцип генерации лазера с кооперативной электрон-фононной накачкой, и выведено правило электронного перехода при электрон-фононной связи, взяв в качестве представительного объекта базовый лазерный кристалл Nd:YVO4. В то же время построен неохлаждаемый лазер с кооперативной фотон-фононной накачкой, который использует традиционную технологию накачки лазерным диодом. Разработан лазер с редкой длиной волны 1168 нм и 1176 нм. На этой основе, основываясь на основном принципе генерации лазера и электрон-фононной связи, обнаружено, что произведение порога генерации лазера и температуры является константой, что совпадает с выражением закона Кюри в магнетизме, а также демонстрирует основной физический закон в процессе неупорядоченного фазового перехода.

Экспериментальная реализация фотон-фононного кооперативалазер накачки

Эта работа открывает новые перспективы для передовых исследований механизма генерации лазеров.лазерная физикаи высокоэнергетический лазер, указывает на новое измерение в технологии расширения длины волны лазера и исследовании лазерных кристаллов, и может принести новые исследовательские идеи для развитияквантовая оптика, лазерная медицина, лазерные дисплеи и другие смежные области применения.