Avanços recentes no mecanismo de geração de laser e novas pesquisas sobre laser

Avanços recentes no mecanismo de geração de laser e novaspesquisa a laser
Recentemente, o grupo de pesquisa do Professor Zhang Huaijin e do Professor Yu Haohai, do Laboratório Estatal de Materiais Cristalinos da Universidade de Shandong, e do Professor Chen Yanfeng e do Professor He Cheng, do Laboratório Estatal de Física de Microestruturas Sólidas da Universidade de Nanjing, trabalharam em conjunto para solucionar o problema e propuseram o mecanismo de geração de laser por bombeamento colaborativo fóton-fônon, utilizando o cristal laser Nd:YVO4 tradicional como objeto de estudo representativo. A alta eficiência de emissão de laser com superfluorescência foi obtida ao romper o limite do nível de energia do elétron, e a relação física entre o limiar de geração de laser e a temperatura (o número de fônons está intimamente relacionado) foi revelada, cuja expressão é semelhante à lei de Curie. O estudo foi publicado na Nature Communications (doi:10.1038/S41467-023-433959-9) sob o título “Laser bombeado colaborativamente por fóton-fônon”. Yu Fu e Fei Liang, aluno de doutorado da turma de 2020 do Laboratório Estatal de Materiais Cristalinos da Universidade de Shandong, são os primeiros autores; Cheng He, do Laboratório Estatal de Física de Microestrutura Sólida da Universidade de Nanjing, é o segundo autor; e os professores Yu Haohai e Huaijin Zhang, da Universidade de Shandong, e Yanfeng Chen, da Universidade de Nanjing, são os autores correspondentes.
Desde que Einstein propôs a teoria da radiação estimulada da luz no século passado, o mecanismo do laser foi plenamente desenvolvido e, em 1960, Maiman inventou o primeiro laser de estado sólido bombeado opticamente. Durante a geração de laser, o relaxamento térmico é um importante fenômeno físico que acompanha a geração do laser, afetando seriamente o desempenho e a potência disponível. O relaxamento térmico e o efeito térmico sempre foram considerados os principais parâmetros físicos prejudiciais no processo de laser, que devem ser reduzidos por meio de diversas tecnologias de transferência de calor e refrigeração. Portanto, a história do desenvolvimento do laser pode ser considerada a história da luta contra o calor residual.

Visão geral teórica do laser de bombeamento cooperativo fóton-fônon

A equipe de pesquisa atua há muito tempo no campo da pesquisa de lasers e materiais ópticos não lineares e, nos últimos anos, o processo de relaxação térmica tem sido profundamente compreendido sob a perspectiva da física do estado sólido. Partindo da ideia fundamental de que o calor (temperatura) está presente nos fônons microscópicos, considera-se que a própria relaxação térmica é um processo quântico de acoplamento elétron-fônon, que pode realizar o ajuste quântico dos níveis de energia dos elétrons por meio de um projeto de laser adequado, obtendo-se novos canais de transição eletrônica para gerar novos comprimentos de onda.laserCom base nesse raciocínio, propõe-se um novo princípio de geração de laser por bombeamento cooperativo elétron-fônon, e a regra de transição eletrônica sob acoplamento elétron-fônon é derivada utilizando o Nd:YVO4, um cristal laser básico, como objeto representativo. Simultaneamente, constrói-se um laser de bombeamento cooperativo fóton-fônon não refrigerado, utilizando a tecnologia tradicional de bombeamento por diodo laser. Um laser com comprimentos de onda raros de 1168 nm e 1176 nm é projetado. A partir disso, e considerando o princípio básico da geração de laser e do acoplamento elétron-fônon, verifica-se que o produto do limiar de geração de laser pela temperatura é uma constante, o que é semelhante à expressão da lei de Curie no magnetismo, demonstrando também a lei física fundamental no processo de transição de fase desordenada.

Realização experimental da cooperação fóton-fônonlaser de bombeamento

Este trabalho oferece uma nova perspectiva para pesquisas de ponta sobre o mecanismo de geração de laser.física do laser, e laser de alta energia, aponta para uma nova dimensão de design para a tecnologia de expansão do comprimento de onda do laser e exploração de cristais laser, e pode trazer novas ideias de pesquisa para o desenvolvimento deóptica quântica, medicina a laser, displays a laser e outros campos de aplicação relacionados.