Kemajuan terkini dalam mekanisme pembangkitan laser dan penelitian laser baru

Kemajuan terkini dalam mekanisme pembangkitan laser dan hal-hal barupenelitian laser
Baru-baru ini, kelompok riset Profesor Zhang Huaijin dan Profesor Yu Haohai dari Laboratorium Utama Negara untuk Material Kristal Universitas Shandong dan Profesor Chen Yanfeng dan Profesor He Cheng dari Laboratorium Utama Negara untuk Fisika Mikrostruktur Padat Universitas Nanjing telah bekerja sama untuk memecahkan masalah dan mengusulkan mekanisme pembangkitan laser dengan pemompaan kolaboratif foton-fonon, dan mengambil kristal laser Nd:YVO4 tradisional sebagai objek penelitian representatif. Keluaran laser superfluoresensi efisiensi tinggi diperoleh dengan menembus batas tingkat energi elektron, dan hubungan fisik antara ambang pembangkitan laser dan suhu (jumlah fonon sangat terkait) diungkapkan, dan bentuk ekspresinya sama dengan hukum Curie. Studi ini diterbitkan di Nature Communications (doi:10.1038/ S41467-023-433959-9) dengan judul “Laser yang dipompa secara kolaboratif oleh foton-fonon”. Yu Fu dan Fei Liang, mahasiswa PhD angkatan 2020, Laboratorium Utama Negara untuk Material Kristal, Universitas Shandong, adalah penulis pertama bersama, Cheng He, Laboratorium Utama Negara untuk Fisika Mikrostruktur Padat, Universitas Nanjing, adalah penulis kedua, dan Profesor Yu Haohai dan Huaijin Zhang, Universitas Shandong, serta Yanfeng Chen, Universitas Nanjing, adalah penulis korespondensi bersama.
Sejak Einstein mengusulkan teori radiasi terstimulasi cahaya pada abad lalu, mekanisme laser telah sepenuhnya dikembangkan, dan pada tahun 1960, Maiman menemukan laser solid-state yang dipompa secara optik pertama. Selama pembangkitan laser, relaksasi termal merupakan fenomena fisik penting yang menyertai pembangkitan laser, yang sangat memengaruhi kinerja laser dan daya laser yang tersedia. Relaksasi termal dan efek termal selalu dianggap sebagai parameter fisik berbahaya utama dalam proses laser, yang harus dikurangi dengan berbagai teknologi perpindahan panas dan pendinginan. Oleh karena itu, sejarah pengembangan laser dianggap sebagai sejarah perjuangan melawan panas berlebih.

Tinjauan teoretis tentang laser pemompaan kooperatif foton-fonon

Tim peneliti telah lama terlibat dalam penelitian laser dan material optik nonlinier, dan dalam beberapa tahun terakhir, proses relaksasi termal telah dipahami secara mendalam dari perspektif fisika zat padat. Berdasarkan gagasan dasar bahwa panas (suhu) diwujudkan dalam fonon mikroskopis, relaksasi termal itu sendiri dianggap sebagai proses kuantum dari kopling elektron-fonon, yang dapat mewujudkan penyesuaian kuantum tingkat energi elektron melalui desain laser yang tepat, dan memperoleh saluran transisi elektron baru untuk menghasilkan panjang gelombang baru.laserBerdasarkan pemikiran ini, prinsip baru pembangkitan laser pemompaan kooperatif elektron-fonon diusulkan, dan aturan transisi elektron di bawah kopling elektron-fonon diturunkan dengan mengambil Nd:YVO4, kristal laser dasar, sebagai objek representatif. Pada saat yang sama, laser pemompaan kooperatif foton-fonon tanpa pendingin dibangun, yang menggunakan teknologi pemompaan dioda laser tradisional. Laser dengan panjang gelombang langka 1168nm dan 1176nm dirancang. Atas dasar ini, berdasarkan prinsip dasar pembangkitan laser dan kopling elektron-fonon, ditemukan bahwa hasil kali ambang batas pembangkitan laser dan suhu adalah konstan, yang sama dengan ekspresi hukum Curie dalam magnetisme, dan juga menunjukkan hukum fisika dasar dalam proses transisi fase yang tidak teratur.

Realisasi eksperimental dari kerja sama foton-fonon.laser pemompaan

Karya ini memberikan perspektif baru untuk penelitian mutakhir tentang mekanisme pembangkitan laser,fisika laser, dan laser berenergi tinggi, menunjukkan dimensi desain baru untuk teknologi perluasan panjang gelombang laser dan eksplorasi kristal laser, dan dapat membawa ide penelitian baru untuk pengembanganoptik kuantum, pengobatan laser, tampilan laser, dan bidang aplikasi terkait lainnya.