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, junto con el profesor Chen Yanfeng y el profesor He Cheng del Laboratorio Estatal Clave de Física de Microestructuras Sólidas de la Universidad de Nanjing, colaboraron para resolver el problema y propusieron el mecanismo de generación láser de bombeo colaborativo fotón-fonón, tomando como objeto de estudio el cristal láser tradicional Nd:YVO4. Se obtuvo una salida láser de superfluorescencia de alta eficiencia al superar el límite del nivel de energía de los electrones, y se reveló la relación física entre el umbral de generación láser y la temperatura (el número de fonones está estrechamente relacionado), cuya expresión coincide con la ley de Curie. El estudio se publicó en Nature Communications (doi:10.1038/S41467-023-433959-9) con el título "Láser bombeado colaborativamente fotón-fonón". 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 coautores principales; Cheng He, del Laboratorio Estatal Clave de Física de Microestructuras Sólidas 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 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 bombeado ópticamente. Durante la generación láser, la relajación térmica es un fenómeno físico importante que la acompaña y que afecta seriamente el rendimiento y la potencia láser 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 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 láseres, y en los últimos años, el proceso de relajación térmica se ha comprendido profundamente desde la perspectiva de la física del estado sólido. Partiendo de la idea fundamental de que el calor (temperatura) se materializa en los fonones microscópicos, se considera que la relajación térmica en sí misma es un proceso cuántico de acoplamiento electrón-fonón, que permite la modificación cuántica de los niveles de energía electrónica mediante un diseño láser adecuado, y la obtención de nuevos canales de transición electrónica para generar nuevas longitudes de onda.láserBasándose en este planteamiento, se propone un nuevo principio de generación láser mediante bombeo cooperativo electrón-fonón, y se deriva la regla de transición electrónica bajo acoplamiento electrón-fonón tomando como objeto representativo el cristal láser básico Nd:YVO4. Al mismo tiempo, se construye un láser de bombeo cooperativo fotón-fonón sin refrigeración, que utiliza la tecnología tradicional de bombeo con diodo láser. Se diseña un láser con longitudes de onda poco comunes de 1168 nm y 1176 nm. Sobre esta base, y a partir del principio básico de generación láser y acoplamiento electrón-fonón, se encuentra que el producto del umbral de generación láser y la temperatura es una constante, que es la misma 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 lásery láser de alta energía, señala una nueva dimensión de diseño para la tecnología de expansión de longitud de onda láser y exploración de cristales láser, y puede aportar nuevas ideas de investigación para el desarrollo deóptica cuánticaMedicina láser, pantallas láser y otros campos de aplicación relacionados.
Fecha de publicación: 15 de enero de 2024