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 Estatal Chave de Materiais Cristalinos da Universidade de Shandong e do Professor Chen Yanfeng e o Professor He Cheng do Laboratório Estatal Chave de Física de Microestrutura Sólida da Universidade de Nanjing trabalharam juntos para resolver o problema e propôs o mecanismo de geração de laser de bombeamento colaborativo fônon-fônon, e tomou o tradicional cristal de laser Nd: YVO4 como objeto de pesquisa representativo. A saída do laser de alta eficiência da superfluorescência é obtida rompendo o limite do nível de energia do elétron, e a relação física entre o limiar de geração do 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 “Photon-phonon colaborativamente bombeado laser”. Yu Fu e Fei Liang, estudante de doutorado da classe 2020, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, são co-autores, Cheng He, State Key Laboratory of Solid Microestrutura Physics, Nanjing University, é o segundo autor, e os professores Yu Haohai e Huaijin Zhang, da Universidade de Shandong, e Yanfeng Chen, da Universidade de Nanjing, são co-autores 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 bombeado opticamente. Durante a geração do laser, o relaxamento térmico é um fenômeno físico importante que acompanha a geração do laser, o que afeta seriamente o desempenho do laser e a potência disponível do laser. O relaxamento térmico e o efeito térmico sempre foram considerados os principais parâmetros físicos prejudiciais no processo a laser, que devem ser reduzidos por 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 está envolvida há muito tempo na pesquisa de laser e materiais ópticos não lineares e, nos últimos anos, o processo de relaxamento térmico tem sido profundamente compreendido do ponto de vista 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 do elétron por meio de um design de laser apropriado, e obter novos canais de transição de elétrons para gerar novo comprimento de ondalaser. Com base nesse pensamento, um novo princípio de geração de laser de bombeamento cooperativo elétron-fônon é proposto, e a regra de transição de elétrons sob acoplamento elétron-fônon é derivada tomando Nd: YVO4, um cristal de laser básico, como objeto representativo. Ao mesmo tempo, é construído um laser de bombeamento cooperativo fóton-fônon não resfriado, que usa a tecnologia tradicional de bombeamento de diodo laser. Laser com comprimento de onda raro de 1168 nm e 1176 nm foi projetado. Nesta base, com base no princípio básico da geração do laser e do acoplamento elétron-fônon, verifica-se que o produto do limiar de geração do laser e da temperatura é uma constante, que é igual 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 cooperativa fóton-fônonlaser de bombeamento

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