Avances recientes en el mecanismo de generación de láser y nuevas investigaciones sobre láser

Avances recientes en el mecanismo de generación de láser y nuevosinvestigación láser
Recientemente, los grupos de investigación de los profesores Zhang Huaijin y Yu Haohai del Laboratorio Estatal Clave de Materiales Cristalinos de la Universidad de Shandong, y de los profesores Chen Yanfeng y He Cheng del Laboratorio Estatal Clave de Física de Microestructuras Sólidas de la Universidad de Nanjing, colaboraron para resolver el problema de la superfluorescencia y propusieron el mecanismo de generación láser mediante bombeo colaborativo fotón-fonón. Para ello, utilizaron el cristal láser Nd:YVO4 tradicional como objeto de estudio representativo. Lograron una emisión láser de alta eficiencia con superfluorescencia al superar el límite del nivel de energía electrónica, y revelaron la relación física entre el umbral de generación láser y la temperatura (estrechamente relacionada con el número de fonones), cuya expresión coincide con la ley de Curie. El estudio se publicó en Nature Communications (doi:10.1038/S41467-023-433959-9) bajo el título «Láser bombeado colaborativamente por fotones y fonones». Yu Fu y Fei Liang, estudiante de doctorado de la promoción de 2020 del Laboratorio Estatal Clave de Materiales Cristalinos de la Universidad de Shandong, son co-primeros autores; Cheng He, del Laboratorio Estatal Clave de Física de Microestructura Sólida de la Universidad de Nanjing, es el segundo autor; y los profesores Yu Haohai y Huaijin Zhang, de la Universidad de Shandong, y Yanfeng Chen, de la Universidad de Nanjing, son co-autores correspondientes.
Desde que Einstein propuso la teoría de la radiación estimulada de la luz en el siglo pasado, el mecanismo del láser se ha desarrollado plenamente, y en 1960 Maiman inventó el primer láser de estado sólido bombeado ópticamente. Durante la generación del láser, la relajación térmica es un fenómeno físico importante que la acompaña y que afecta seriamente su rendimiento y la potencia disponible. La relajación térmica y el efecto térmico siempre se han considerado parámetros físicos perjudiciales clave en el proceso láser, que deben reducirse mediante diversas tecnologías de transferencia de calor y refrigeración. Por lo tanto, la historia del desarrollo del láser se considera la historia de la lucha contra el calor residual.

Descripción teórica del láser de bombeo cooperativo fotón-fonón

El equipo de investigación lleva años dedicado a la investigación de láseres y materiales ópticos no lineales, y en los últimos años, el proceso de relajación térmica se ha comprendido a fondo desde la perspectiva de la física del estado sólido. Partiendo de la idea fundamental de que el calor (temperatura) reside en los fonones microscópicos, se considera que la relajación térmica es en sí misma un proceso cuántico de acoplamiento electrón-fonón, que permite la modulación cuántica de los niveles de energía electrónica mediante un diseño láser adecuado, obteniendo así nuevos canales de transición electrónica para generar nuevas longitudes de onda.láserPartiendo de esta premisa, se propone un nuevo principio para la generación de láseres mediante bombeo cooperativo electrón-fonón, y se deduce la regla de transición electrónica bajo acoplamiento electrón-fonón tomando como ejemplo el cristal láser Nd:YVO4. Simultáneamente, se construye un láser de bombeo cooperativo fotón-fonón sin refrigeración, que emplea la tecnología tradicional de bombeo por diodo láser. Se diseña un láser con longitudes de onda poco comunes de 1168 nm y 1176 nm. A partir de este trabajo, y basándonos en el principio fundamental de la generación de láser y el acoplamiento electrón-fonón, se observa que el producto del umbral de generación láser y la temperatura es constante, lo cual coincide con la expresión de la ley de Curie en magnetismo, demostrando así la ley física fundamental del proceso de transición de fase desordenada.

Realización experimental de la cooperación fotón-fonónláser de bombeo

Este trabajo ofrece una nueva perspectiva para la investigación de vanguardia sobre el mecanismo de generación láser.física del láser, y el láser de alta energía, señala una nueva dimensión de diseño para la tecnología de expansión de longitud de onda láser y la exploración de cristales láser, y puede aportar nuevas ideas de investigación para el desarrollo deóptica cuántica, medicina láser, pantallas láser y otros campos de aplicación relacionados.