Recente ontwikkelingen in het lasergeneratiemechanisme en nieuw laseronderzoek

Recente ontwikkelingen in het lasergeneratiemechanisme en nieuwelaseronderzoek
Onlangs hebben de onderzoeksgroepen van professor Zhang Huaijin en professor Yu Haohai van het State Key Laboratory of Crystal Materials van de Universiteit van Shandong en professor Chen Yanfeng en professor He Cheng van het State Key Laboratory of Solid Microstructure Physics van de Universiteit van Nanjing samengewerkt om dit probleem op te lossen en het lasergeneratiemechanisme van foon-fonon collaboratieve pomptechnologie voor te stellen. Het traditionele Nd:YVO4-laserkristal werd daarbij als representatief onderzoeksobject gebruikt. De hoogefficiënte laseroutput van superfluorescentie wordt verkregen door de limiet van het elektronenenergieniveau te doorbreken. De fysische relatie tussen de lasergeneratiedrempel en de temperatuur (het fononaantal is nauw verwant) wordt 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, PhD-student van klas 2020, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, zijn co-eerste auteurs, Cheng He, State Key Laboratory of Solid Microstructure Physics, Nanjing University, is de tweede auteur, en de professoren Yu Haohai en Huaijin Zhang, Shandong University, en Yanfeng Chen, Nanjing University, zijn co-corresponderende auteurs.
Sinds Einstein in de vorige eeuw de theorie van gestimuleerde straling voor licht presenteerde, is het lasermechanisme volledig ontwikkeld en in 1960 vond Maiman de eerste optisch gepompte vastestoflaser uit. Tijdens het opwekken van lasers is thermische relaxatie een belangrijk fysisch fenomeen dat gepaard gaat met laseropwekking, en dat de laserprestaties en het beschikbare laservermogen ernstig beïnvloedt. Thermische relaxatie en het thermische effect zijn altijd beschouwd als de belangrijkste schadelijke fysische parameters in het laserproces, die moeten worden verminderd door middel van diverse warmteoverdrachts- en koeltechnologieën. Daarom wordt de geschiedenis van de laserontwikkeling beschouwd 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 laser- en niet-lineaire optische materialen, en de laatste jaren is het thermische relaxatieproces diepgaand begrepen vanuit het perspectief van de vastestoffysica. Gebaseerd op het basisidee dat warmte (temperatuur) besloten ligt in de microkosmische fononen, wordt aangenomen dat thermische relaxatie zelf een kwantumproces is van elektron-fononkoppeling, dat kwantumaanpassing van elektronenergieniveaus kan realiseren door middel van een geschikt laserontwerp, en nieuwe elektronovergangskanalen kan verkrijgen om nieuwe golflengten te genereren.laserOp basis van deze gedachtegang wordt een nieuw principe voor het genereren van elektron-fonon-coöperatieve pomplasers voorgesteld, en wordt de elektronovergangsregel onder elektron-fononkoppeling afgeleid door Nd:YVO4, een basislaserkristal, als representatief object te nemen. Tegelijkertijd wordt een ongekoelde foton-fonon-coöperatieve pomplaser geconstrueerd, die gebruikmaakt van de traditionele laserdiodepomptechnologie. Er wordt een laser met een zeldzame golflengte van 1168 nm en 1176 nm ontworpen. Op basis hiervan, gebaseerd op het basisprincipe van lasergeneratie en elektron-fononkoppeling, wordt vastgesteld dat het product van de lasergeneratiedrempel en temperatuur een constante is, wat overeenkomt met de uitdrukking van de wet van Curie in magnetisme, en tevens de fundamentele natuurkundige wet in het ongeordende faseovergangsproces demonstreert.

Experimentele realisatie van foton-fonon-coöperatiepompende laser

Dit werk biedt een nieuw perspectief voor baanbrekend onderzoek naar het mechanisme van lasergeneratie,laserfysicaen een laser met hoge energie, wijst op een nieuwe ontwerpdimensie voor de uitbreiding van lasergolflengten en de exploratie van laserkristallen, en kan nieuwe onderzoeksideeën opleveren voor de ontwikkeling vankwantumoptica, lasergeneeskunde, laserdisplays en andere gerelateerde toepassingsgebieden.