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

Avanços recentes no mecanismo de geração de laser e novospesquisa a laser
Recentemente, o grupo de pesquisa do Professor Zhang Huaijin e do Professor Yu Haohai, do Laboratório Estadual de Materiais Cristalinos da Universidade de Shandong, e do Professor Chen Yanfeng e do Professor He Cheng, do Laboratório Estadual de Física de Microestrutura Sólida da Universidade de Nanquim, trabalharam juntos para resolver o problema e propuseram o mecanismo de geração a laser de bombeamento colaborativo fóton-fônon, tendo o cristal laser Nd:YVO4 tradicional como objeto de pesquisa representativo. A saída de laser de alta eficiência da superfluorescência é obtida pela quebra do limite do nível de energia do elétron, e a relação física entre o limiar de geração a laser e a temperatura (o número de fônons está intimamente relacionado) é revelada, e a forma de expressão é a mesma da Lei de Curie. O estudo foi publicado na Nature Communications (doi:10.1038/S41467-023-433959-9) sob o nome "Laser de bombeamento colaborativo fóton-fônon". Yu Fu e Fei Liang, alunos de doutorado da turma de 2020 do Laboratório Estadual de Materiais Cristais da Universidade de Shandong, são coautores, Cheng He, do Laboratório Estadual de Física de Microestrutura Sólida da Universidade de Nanquim, é o segundo autor, e os professores Yu Haohai e Huaijin Zhang, da Universidade de Shandong, e Yanfeng Chen, da Universidade de Nanquim, são coautores correspondentes.
Desde que Einstein propôs a teoria da radiação estimulada da luz no século passado, o mecanismo do laser foi totalmente desenvolvido e, em 1960, Maiman inventou o primeiro laser de estado sólido com bombeamento óptico. Durante a geração do laser, o relaxamento térmico é um importante fenômeno físico que acompanha a geração do laser, afetando seriamente o desempenho e a potência do laser disponível. O relaxamento térmico e o efeito térmico sempre foram considerados os principais parâmetros físicos nocivos no processo a laser, que devem ser reduzidos por meio de diversas tecnologias de transferência de calor e refrigeração. Portanto, a história do desenvolvimento do laser é 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 na pesquisa de materiais ópticos não lineares e a laser e, nos últimos anos, o processo de relaxamento térmico tem sido profundamente compreendido sob a perspectiva da física do estado sólido. Com base na ideia básica de que o calor (temperatura) está incorporado nos fônons microcósmicos, considera-se que o relaxamento térmico em si é um processo quântico de acoplamento elétron-fônon, que pode realizar a adaptação quântica dos níveis de energia dos elétrons por meio do projeto apropriado do laser e obter novos canais de transição de elétrons para gerar novos comprimentos de onda.laserCom base nesse raciocínio, propõe-se um novo princípio para a geração de lasers de bombeamento cooperativo elétron-fônon, e a regra de transição eletrônica sob acoplamento elétron-fônon é derivada tomando-se Nd:YVO4, um cristal de laser básico, como objeto representativo. Ao mesmo tempo, constrói-se um laser de bombeamento cooperativo fóton-fônon não resfriado, que utiliza a tecnologia tradicional de bombeamento de diodo laser. Projeta-se um laser com comprimentos de onda raros de 1168 nm e 1176 nm. Com base nisso, e com base no princípio básico de geração de laser e acoplamento elétron-fônon, verifica-se que o produto do limiar de geração de laser pela temperatura é uma constante, o que é idêntico à expressão da lei de Curie no magnetismo, e também demonstra a lei física básica no processo de transição de fase desordenada.

Realização experimental da cooperação fóton-fônonlaser de bombeamento

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