Nedavni napredek v mehanizmu generacije laserja in nove laserske raziskave

Nedavni napredek v mehanizmu laserske generacije in novilaserske raziskave
Nedavno je raziskovalna skupina profesorja Zhanga Huaijina in profesorja Yu Haohaija iz državnega ključnega laboratorija za kristalne materiale Univerze Shandong ter profesorja Chen Yanfenga in profesorja He Chenga iz državnega ključnega laboratorija za fiziko trdnih mikrostruktur Univerze Nanjing sodelovala pri reševanju problema in predlagala mehanizem generacije laserja s skupnim črpanjem foonov in fononov, pri čemer je kot reprezentativni raziskovalni objekt vzela tradicionalni laserski kristal Nd:YVO4. Visoko učinkovit laserski izhod superfluorescence se doseže s prebijanjem meje energijskega nivoja elektronov, pri čemer je razkrita fizikalna povezava med pragom generacije laserja in temperaturo (število fononov je tesno povezano), izrazna oblika pa je enaka Curiejevemu zakonu. Študija je bila objavljena v reviji Nature Communications (doi:10.1038/S41467-023-433959-9) pod imenom »Skupno črpan laser fotonov in fononov«. Yu Fu in Fei Liang, doktorski študent letnika 2020 na Državnem ključnem laboratoriju za kristalne materiale Univerze Shandong, sta soavtorja, Cheng He z Državnega ključnega laboratorija za fiziko trdnih mikrostruktur Univerze v Nanjingu je drugi avtor, profesorja Yu Haohai in Huaijin Zhang z Univerze Shandong ter Yanfeng Chen z Univerze v Nanjingu pa so soavtorji.
Odkar je Einstein v prejšnjem stoletju predlagal teorijo stimuliranega sevanja svetlobe, je bil laserski mehanizem v celoti razvit, leta 1960 pa je Maiman izumil prvi optično črpani trdno-tesni laser. Med generiranjem laserja je toplotna relaksacija pomemben fizikalni pojav, ki spremlja lasersko generiranje in resno vpliva na delovanje laserja in razpoložljivo moč laserja. Toplotna relaksacija in toplotni učinek sta vedno veljala za ključna škodljiva fizikalna parametra v laserskem procesu, ki ju je treba zmanjšati z različnimi tehnologijami prenosa toplote in hlajenja. Zato zgodovina razvoja laserjev velja za zgodovino boja z odpadno toploto.

Teoretični pregled fotonsko-fononskega kooperativnega črpalnega laserja

Raziskovalna skupina se že dolgo ukvarja z raziskavami laserskih in nelinearnih optičnih materialov, v zadnjih letih pa je bil proces toplotne relaksacije poglobljeno razumljen z vidika fizike trdne snovi. Na podlagi osnovne ideje, da je toplota (temperatura) utelešena v mikrokozmičnih fononih, se šteje, da je toplotna relaksacija sama po sebi kvantni proces sklopitve elektronov in fononov, ki lahko z ustrezno zasnovo laserja doseže kvantno prilagajanje energijskih nivojev elektronov in pridobi nove elektronske prehodne kanale za ustvarjanje novih valovnih dolžin.laserNa podlagi tega razmišljanja je predlagano novo načelo generiranja kooperativnega črpalnega laserja elektron-fonon, pravilo elektronskega prehoda pri elektronsko-fononski sklopi pa je izpeljano z uporabo osnovnega laserskega kristala Nd:YVO4 kot reprezentativnega objekta. Hkrati je bil konstruiran nehlajeni fotonsko-fononski kooperativni črpalni laser, ki uporablja tradicionalno tehnologijo črpanja z lasersko diodo. Zasnovan je bil laser z redkimi valovnimi dolžinami 1168 nm in 1176 nm. Na tej osnovi, ki temelji na osnovnem načelu generiranja laserja in elektronsko-fononske sklopitve, je bilo ugotovljeno, da je produkt praga laserske generacije in temperature konstanta, kar je enako izrazu Curiejevega zakona v magnetizmu, in prikazuje tudi osnovni fizikalni zakon v procesu neurejenega faznega prehoda.

Eksperimentalna realizacija fotonsko-fononske kooperativečrpalni laser

To delo ponuja novo perspektivo za najsodobnejše raziskave mehanizma generacije laserja,laserska fizika, in visokoenergijski laser, opozarja na novo dimenzijo zasnove tehnologije razširitve valovne dolžine laserja in raziskovanja laserskih kristalov ter lahko prinese nove raziskovalne ideje za razvojkvantna optika, laserska medicina, laserski prikaz in druga sorodna področja uporabe.