Những tiến bộ gần đây trong cơ chế tạo laser và nghiên cứu laser mới

Những tiến bộ gần đây trong cơ chế tạo ra tia laser vànghiên cứu laser
Gần đây, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Zhang Huaijin và Giáo sư Yu Haohai thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm nhà nước về vật liệu tinh thể của Đại học Sơn Đông và Giáo sư Chen Yanfeng và Giáo sư He Cheng thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm nhà nước về vật lý vi cấu trúc rắn của Đại học Nam Kinh đã cùng nhau giải quyết vấn đề và đề xuất cơ chế tạo laser của bơm cộng tác phoon-phonon, lấy tinh thể laser Nd: YVO4 truyền thống làm đối tượng nghiên cứu đại diện. Đầu ra laser hiệu suất cao của siêu huỳnh quang thu được bằng cách phá vỡ giới hạn mức năng lượng electron và mối quan hệ vật lý giữa ngưỡng tạo laser và nhiệt độ (số phonon có liên quan chặt chẽ) được tiết lộ và dạng biểu thức giống với định luật Curie. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Communications (doi:10.1038/ S41467-023-433959-9) dưới tên “Laser bơm cộng tác photon-phonon”. Yu Fu và Fei Liang, nghiên cứu sinh tiến sĩ lớp 2020, Phòng thí nghiệm trọng điểm nhà nước về vật liệu tinh thể, Đại học Sơn Đông, là đồng tác giả đầu tiên, Cheng He, Phòng thí nghiệm trọng điểm nhà nước về vật lý vi cấu trúc rắn, Đại học Nam Kinh, là tác giả thứ hai và Giáo sư Yu Haohai và Huaijin Zhang, Đại học Sơn Đông và Yanfeng Chen, Đại học Nam Kinh, là đồng tác giả liên hệ.
Kể từ khi Einstein đề xuất lý thuyết bức xạ kích thích của ánh sáng vào thế kỷ trước, cơ chế laser đã được phát triển đầy đủ và vào năm 1960, Maiman đã phát minh ra laser trạng thái rắn được bơm quang học đầu tiên. Trong quá trình tạo laser, sự thư giãn nhiệt là một hiện tượng vật lý quan trọng đi kèm với quá trình tạo laser, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất laser và công suất laser khả dụng. Sự thư giãn nhiệt và hiệu ứng nhiệt luôn được coi là các thông số vật lý có hại chính trong quá trình laser, phải được giảm thiểu bằng nhiều công nghệ truyền nhiệt và làm lạnh khác nhau. Do đó, lịch sử phát triển laser được coi là lịch sử đấu tranh với nhiệt thải.

Tổng quan lý thuyết về laser bơm hợp tác photon-phonon

Nhóm nghiên cứu đã tham gia nghiên cứu vật liệu quang học phi tuyến tính và laser trong thời gian dài, và trong những năm gần đây, quá trình thư giãn nhiệt đã được hiểu sâu sắc theo góc độ vật lý trạng thái rắn. Dựa trên ý tưởng cơ bản rằng nhiệt (nhiệt độ) được thể hiện trong các phonon vi mô, người ta cho rằng bản thân quá trình thư giãn nhiệt là một quá trình lượng tử của sự ghép nối electron-phonon, có thể thực hiện việc điều chỉnh lượng tử các mức năng lượng electron thông qua thiết kế laser thích hợp và thu được các kênh chuyển tiếp electron mới để tạo ra bước sóng mớitia laze. Dựa trên suy nghĩ này, một nguyên lý mới về thế hệ laser bơm hợp tác electron-phonon được đề xuất và quy tắc chuyển đổi electron trong liên kết electron-phonon được suy ra bằng cách lấy Nd: YVO4, một tinh thể laser cơ bản, làm đối tượng đại diện. Đồng thời, một laser bơm hợp tác photon-phonon không làm mát được chế tạo, sử dụng công nghệ bơm diode laser truyền thống. Laser có bước sóng hiếm 1168nm và 1176nm được thiết kế. Trên cơ sở này, dựa trên nguyên lý cơ bản của thế hệ laser và liên kết electron-phonon, người ta thấy rằng tích của ngưỡng thế hệ laser và nhiệt độ là một hằng số, giống như biểu thức của định luật Curie trong từ tính, và cũng chứng minh định luật vật lý cơ bản trong quá trình chuyển pha không theo trật tự.

Thực nghiệm thực hiện hợp tác photon-phononbơm laser

Công trình này cung cấp một góc nhìn mới cho nghiên cứu tiên tiến về cơ chế tạo ra tia laser,vật lý laservà laser năng lượng cao, chỉ ra một chiều hướng thiết kế mới cho công nghệ mở rộng bước sóng laser và thăm dò tinh thể laser, và có thể mang lại những ý tưởng nghiên cứu mới cho sự phát triển củaquang học lượng tử, y học laser, màn hình laser và các lĩnh vực ứng dụng liên quan khác.