Recente ontwikkelingen in het lasergeneratiemechanisme en nieuw laseronderzoek.

Recente ontwikkelingen in het lasergeneratiemechanisme en nieuwelaseronderzoek
Onlangs hebben de onderzoeksgroep van professor Zhang Huaijin en professor Yu Haohai van het State Key Laboratory of Crystal Materials van de Shandong Universiteit en professor Chen Yanfeng en professor He Cheng van het State Key Laboratory of Solid Microstructure Physics van de Nanjing Universiteit samengewerkt om het probleem op te lossen en het lasergeneratiemechanisme van gezamenlijke fonon-fononpomping voorgesteld, waarbij het traditionele Nd:YVO4-laserkristal als representatief onderzoeksobject werd gebruikt. Door de limiet van het elektronenergieniveau te doorbreken, werd een laser met een hoge efficiëntie en superfluorescentie verkregen. De fysische relatie tussen de lasergeneratiedrempel en de temperatuur (waarbij het aantal fononen nauw samenhangt) werd onthuld, en de uitdrukkingsvorm is gelijk aan de wet van Curie. De studie werd gepubliceerd in Nature Communications (doi:10.1038/ S41467-023-433959-9) onder de naam "Photon-phonon collaboratively pumped laser". Yu Fu en Fei Liang, promovendi van de lichting 2020 van het State Key Laboratory of Crystal Materials aan de Shandong Universiteit, zijn co-eerste auteurs. Cheng He, van het State Key Laboratory of Solid Microstructure Physics aan de Nanjing Universiteit, is de tweede auteur. Professor Yu Haohai en professor Huaijin Zhang van de Shandong Universiteit en professor Yanfeng Chen van de Nanjing Universiteit zijn co-corresponderende auteurs.
Sinds Einstein in de vorige eeuw de theorie van gestimuleerde straling van licht formuleerde, is het lasermechanisme volledig ontwikkeld en vond Maiman in 1960 de eerste optisch gepompte solid-state laser uit. Tijdens lasergeneratie is thermische relaxatie een belangrijk fysisch fenomeen dat de laserprestaties en het beschikbare laservermogen ernstig beïnvloedt. Thermische relaxatie en het thermische effect worden al sinds jaar en dag beschouwd als de belangrijkste schadelijke fysische parameters in het laserproces, die moeten worden gereduceerd door middel van diverse warmteoverdracht- en koeltechnologieën. De geschiedenis van laserontwikkeling wordt daarom gezien als de geschiedenis van de strijd tegen restwarmte.

Theoretisch overzicht van foton-fonon coöperatieve pomplaser

Het onderzoeksteam houdt zich al lange tijd bezig met onderzoek naar lasers en niet-lineaire optische materialen. De afgelopen jaren is het thermische relaxatieproces vanuit het perspectief van de vastestoffysica grondig bestudeerd. Gebaseerd op het basisidee dat warmte (temperatuur) is belichaamd in de microkosmische fononen, wordt aangenomen dat thermische relaxatie zelf een kwantumproces is van elektron-fononkoppeling. Dit proces maakt kwantummodificatie van elektronenergieniveaus mogelijk door middel van een geschikt laserontwerp, en leidt tot nieuwe elektronovergangskanalen die nieuwe golflengten genereren.laserOp basis van deze gedachte wordt een nieuw principe voor lasergeneratie met elektron-fonon-coöperatieve pomping voorgesteld, en de elektronovergangsregel onder elektron-fonon-koppeling wordt afgeleid met Nd:YVO4, een basislaserkristal, als representatief object. Tegelijkertijd wordt een ongekoelde foton-fonon-coöperatieve pomplaser geconstrueerd, die gebruikmaakt van de traditionele laserdiode-pomptechnologie. Lasers met zeldzame golflengten van 1168 nm en 1176 nm worden ontworpen. Op basis hiervan, en voortbouwend op het basisprincipe van lasergeneratie en elektron-fonon-koppeling, wordt vastgesteld dat het product van de lasergeneratiedrempel en de temperatuur een constante is, wat overeenkomt met de uitdrukking van de wet van Curie in het magnetisme, en tevens de fundamentele natuurkundige wet van het faseovergangsproces in ongeordende materialen aantoont.

Experimentele realisatie van foton-fonon-coöperatiepomplaser

Dit werk biedt een nieuw perspectief voor baanbrekend onderzoek naar het mechanisme van lasergeneratie.laserfysicaEn de combinatie van lasers met hoge energie wijst op een nieuwe ontwerpdimensie voor lasertechnologie met golflengte-uitbreiding en onderzoek naar laserkristallen, en kan nieuwe onderzoeksideeën opleveren voor de ontwikkeling vankwantumoptica, lasergeneeskunde, laserdisplays en andere aanverwante toepassingsgebieden.