Jüngste Fortschritte im Lasererzeugungsmechanismus und in der neuen Laserforschung

Jüngste Fortschritte im Lasererzeugungsmechanismus und neueLaserforschung
Kürzlich haben die Forschungsgruppen von Professor Zhang Huaijin und Professor Yu Haohai vom Staatlichen Schlüssellabor für Kristallmaterialien der Universität Shandong sowie von Professor Chen Yanfeng und Professor He Cheng vom Staatlichen Schlüssellabor für Festkörpermikrostrukturphysik der Universität Nanjing zusammengearbeitet, um das Problem zu lösen. Sie haben einen Mechanismus zur Lasererzeugung durch kollaboratives Phoon-Phonon-Pumpen vorgeschlagen und den herkömmlichen Nd:YVO4-Laserkristall als repräsentatives Forschungsobjekt verwendet. Durch das Durchbrechen der Energieniveaugrenze von Elektronen wird eine hocheffiziente Laserleistung mit Superfluoreszenz erreicht. Dabei wurde der physikalische Zusammenhang zwischen der Schwelle der Lasererzeugung und der Temperatur (die Phononenzahl ist eng verwandt) aufgedeckt, dessen Ausdrucksform dem Curieschen Gesetz entspricht. Die Studie wurde in Nature Communications (doi:10.1038/ S41467-023-433959-9) unter dem Titel „Photon-phonon collaboratively pumped laser“ veröffentlicht. Yu Fu und Fei Liang, Doktorand des Jahrgangs 2020, State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, sind Co-Erstautoren, Cheng He, State Key Laboratory of Solid Microstructure Physics, Nanjing University, ist der Zweitautor und die Professoren Yu Haohai und Huaijin Zhang, Shandong University, und Yanfeng Chen, Nanjing University, sind Co-Korrespondenzautoren.
Seit Einstein im letzten Jahrhundert die Theorie der stimulierten Strahlung des Lichts entwickelte, wurde der Lasermechanismus vollständig entwickelt, und 1960 erfand Maiman den ersten optisch gepumpten Festkörperlaser. Bei der Lasererzeugung ist die thermische Relaxation ein wichtiges physikalisches Phänomen, das die Laserleistung und die verfügbare Laserleistung erheblich beeinträchtigt. Thermische Relaxation und thermischer Effekt gelten seit jeher als die wichtigsten schädlichen physikalischen Parameter im Laserprozess, die durch verschiedene Wärmeübertragungs- und Kühltechnologien reduziert werden müssen. Daher gilt die Geschichte der Laserentwicklung als Geschichte des Kampfes gegen Abwärme.

Theoretischer Überblick über Photon-Phonon-kooperative Pumplaser

Das Forschungsteam beschäftigt sich seit langem mit der Erforschung von Lasern und nichtlinearen optischen Materialien. In den letzten Jahren wurde der thermische Relaxationsprozess aus der Perspektive der Festkörperphysik umfassend erforscht. Basierend auf der Grundidee, dass Wärme (Temperatur) in mikrokosmischen Phononen enthalten ist, wird angenommen, dass die thermische Relaxation selbst ein Quantenprozess der Elektron-Phonon-Kopplung ist. Durch geeignetes Laserdesign kann die Quantenanpassung der Elektronenenergieniveaus realisiert und neue Elektronenübergangskanäle zur Erzeugung neuer Wellenlängen geschaffen werden.Laser. Auf der Grundlage dieser Überlegungen wird ein neues Prinzip zur Erzeugung von Elektronen-Phonon-kooperativen Pumplasern vorgeschlagen und die Elektronenübergangsregel unter Elektronen-Phonon-Kopplung wird hergeleitet, indem Nd:YVO4, ein grundlegender Laserkristall, als repräsentatives Objekt verwendet wird. Gleichzeitig wird ein ungekühlter Photonen-Phonon-kooperativer Pumplaser konstruiert, der die traditionelle Laserdioden-Pumptechnologie verwendet. Es wird ein Laser mit seltenen Wellenlängen von 1168 nm und 1176 nm entworfen. Auf dieser Basis, basierend auf dem Grundprinzip der Lasererzeugung und der Elektronen-Phonon-Kopplung, wird festgestellt, dass das Produkt aus Lasererzeugungsschwelle und Temperatur eine Konstante ist, was dem Ausdruck des Curie-Gesetzes im Magnetismus entspricht und auch das grundlegende physikalische Gesetz im ungeordneten Phasenübergangsprozess demonstriert.

Experimentelle Realisierung der Photon-Phonon-KooperationPumplaser

Diese Arbeit bietet eine neue Perspektive für die Spitzenforschung zum Mechanismus der Lasererzeugung,Laserphysikund Hochenergielaser, weist auf eine neue Designdimension für die Laserwellenlängenerweiterungstechnologie und die Erforschung von Laserkristallen hin und könnte neue Forschungsideen für die Entwicklung vonQuantenoptik, Lasermedizin, Laserdisplay und andere verwandte Anwendungsfelder.