Recenti progressi nel meccanismo di generazione laser e nuovericerca laser
Recentemente, il gruppo di ricerca del Professor Zhang Huaijin e del Professor Yu Haohai del Laboratorio Statale Chiave di Materiali Cristallini dell'Università di Shandong e il Professor Chen Yanfeng e il Professor He Cheng del Laboratorio Statale Chiave di Fisica della Microstruttura Solida dell'Università di Nanchino hanno collaborato per risolvere il problema e hanno proposto il meccanismo di generazione laser del pompaggio collaborativo fonone-fonone, prendendo come oggetto di ricerca rappresentativo il tradizionale cristallo laser Nd:YVO4. L'elevata efficienza di emissione laser della superfluorescenza è stata ottenuta superando il limite del livello energetico degli elettroni, e la relazione fisica tra la soglia di generazione laser e la temperatura (il numero di fononi è strettamente correlato), e la forma di espressione è la stessa della legge di Curie. Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications (doi:10.1038/ S41467-023-433959-9) con il titolo "Laser a pompaggio collaborativo fotone-fonone". Yu Fu e Fei Liang, dottorandi della classe 2020 presso il Laboratorio di Stato per i Materiali Cristallini dell'Università di Shandong, sono co-primi autori, Cheng He, del Laboratorio di Stato per la Fisica della Microstruttura Solida dell'Università di Nanchino, è il secondo autore, e i professori Yu Haohai e Huaijin Zhang, dell'Università di Shandong, e Yanfeng Chen, dell'Università di Nanchino, sono co-autori corrispondenti.
Da quando Einstein propose la teoria della radiazione stimolata della luce nel secolo scorso, il meccanismo laser si è completamente sviluppato e nel 1960 Maiman inventò il primo laser a stato solido pompato otticamente. Durante la generazione laser, il rilassamento termico è un importante fenomeno fisico che accompagna il processo e che influisce seriamente sulle prestazioni e sulla potenza laser disponibile. Il rilassamento termico e l'effetto termico sono sempre stati considerati i principali parametri fisici dannosi nel processo laser, che devono essere ridotti mediante varie tecnologie di trasferimento del calore e di raffreddamento. Pertanto, la storia dello sviluppo del laser è considerata la storia della lotta contro il calore disperso.
Panoramica teorica del laser a pompaggio cooperativo fotone-fonone
Il gruppo di ricerca si occupa da tempo di laser e materiali ottici non lineari e, negli ultimi anni, ha approfondito la comprensione del processo di rilassamento termico dal punto di vista della fisica dello stato solido. Partendo dal presupposto che il calore (temperatura) sia incorporato nei fononi microscopici, si ritiene che il rilassamento termico stesso sia un processo quantistico di accoppiamento elettrone-fonone, che può realizzare una modulazione quantistica dei livelli energetici degli elettroni attraverso un'opportuna progettazione del laser, ottenendo nuovi canali di transizione elettronica per generare nuove lunghezze d'onda.laserSulla base di questo ragionamento, viene proposto un nuovo principio di generazione laser a pompaggio cooperativo elettrone-fonone e viene derivata la regola di transizione elettronica sotto accoppiamento elettrone-fonone prendendo come oggetto rappresentativo Nd:YVO4, un cristallo laser di base. Allo stesso tempo, viene costruito un laser a pompaggio cooperativo fotone-fonone non raffreddato, che utilizza la tradizionale tecnologia di pompaggio a diodo laser. Viene progettato un laser con lunghezze d'onda rare di 1168 nm e 1176 nm. Su questa base, basandosi sul principio fondamentale di generazione laser e accoppiamento elettrone-fonone, si scopre che il prodotto della soglia di generazione laser e della temperatura è una costante, che è la stessa espressione della legge di Curie nel magnetismo, e dimostra anche la legge fisica fondamentale nel processo di transizione di fase disordinata.
Realizzazione sperimentale della cooperazione fotone-fononepompaggio laser
Questo lavoro fornisce una nuova prospettiva per la ricerca all'avanguardia sul meccanismo di generazione laser,fisica dei lasere laser ad alta energia, evidenzia una nuova dimensione progettuale per la tecnologia di espansione della lunghezza d'onda laser e l'esplorazione dei cristalli laser, e può portare nuove idee di ricerca per lo sviluppo diottica quantistica, medicina laser, display laser e altri campi di applicazione correlati.
Data di pubblicazione: 15 gennaio 2024