Avances recientes en el mecanismo de generación láser y nuevosinvestigación láser
Recientemente, el grupo de investigación del profesor Zhang Huaijin y el profesor Yu Haohai del Laboratorio Estatal Clave de Materiales Cristalinos de la Universidad de Shandong, y el profesor Chen Yanfeng y el profesor He Cheng del Laboratorio Estatal Clave de Física de Microestructuras Sólidas de la Universidad de Nanjing han trabajado juntos para resolver el problema y han propuesto el mecanismo de generación láser de bombeo colaborativo foón-fonón, y han tomado el cristal láser tradicional Nd:YVO4 como objeto de investigación representativo. La salida láser de alta eficiencia de superfluorescencia se obtiene al romper el límite del nivel de energía del electrón, y se revela la relación física entre el umbral de generación láser y la temperatura (el número de fonones está estrechamente relacionado), y la forma de expresión es la misma que la ley de Curie. El estudio fue publicado en Nature Communications (doi:10.1038/ S41467-023-433959-9) bajo el nombre "Láser de bombeo colaborativo fotón-fonón". Yu Fu y Fei Liang, estudiantes de doctorado de la clase 2020, Laboratorio Estatal Clave de Materiales Cristalinos, Universidad de Shandong, son coautores principales, Cheng He, Laboratorio Estatal Clave de Física de Microestructura Sólida, Universidad de Nanjing, es el segundo autor, y los profesores Yu Haohai y Huaijin Zhang, Universidad de Shandong, y Yanfeng Chen, Universidad de Nanjing, son coautores correspondientes.
Desde que Einstein propuso la teoría de la radiación estimulada de la luz en el siglo pasado, el mecanismo láser se ha desarrollado plenamente, y en 1960, Maiman inventó el primer láser de estado sólido con bombeo óptico. Durante la generación láser, la relajación térmica es un fenómeno físico importante que la acompaña y que afecta gravemente su rendimiento y la potencia disponible. La relajación térmica y el efecto térmico siempre se han considerado los principales parámetros físicos perjudiciales 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.
Visión general teórica del láser de bombeo cooperativo fotón-fonón
El equipo de investigación lleva mucho tiempo dedicado a la investigación de materiales ópticos no lineales y láser, y en los últimos años, el proceso de relajación térmica se ha profundizado en la comprensión de la física del estado sólido. Partiendo de la idea básica de que el calor (temperatura) se materializa en los fonones microcósmicos, se considera que la relajación térmica en sí misma es un proceso cuántico de acoplamiento electrón-fonón, que permite la adaptación cuántica de los niveles de energía de los electrones mediante un diseño láser adecuado y la obtención de nuevos canales de transición electrónica para generar nuevas longitudes de onda.láserCon base en este planteamiento, se propone un nuevo principio de generación láser de bombeo cooperativo electrón-fonón, y se deriva la regla de transición electrónica bajo acoplamiento electrón-fonón tomando Nd:YVO₄, un cristal láser básico, como objeto representativo. Simultáneamente, se construye un láser de bombeo cooperativo fotón-fonón no refrigerado, que utiliza la tecnología tradicional de bombeo láser por diodo. Se diseña un láser con longitudes de onda poco comunes de 1168 nm y 1176 nm. Sobre esta base, y basándose en el principio básico de generación láser y acoplamiento electrón-fonón, se encuentra que el producto del umbral de generación láser por la temperatura es una constante, que coincide con la expresión de la ley de Curie en magnetismo, y también demuestra la ley física básica en el proceso de transición de fase desordenada.
Realización experimental de la cooperación fotón-fonónláser de bombeo
Este trabajo proporciona 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, pantalla láser y otros campos de aplicación relacionados.
Hora de publicación: 15 de enero de 2024