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

Những tiến bộ gần đây trong cơ chế tạo laser và...nghiên cứu laser
Gần đây, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Zhang Huaijin và Giáo sư Yu Haohai thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về Vật liệu tinh thể của Đại học Sơn Đông cùng Giáo sư Chen Yanfeng và Giáo sư He Cheng thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về Vật lý vi cấu trúc rắn của Đại học Nam Kinh đã hợp tác giải quyết vấn đề và đề xuất cơ chế tạo laser bằng phương pháp bơm cộng tác phonon-phonon, lấy tinh thể laser Nd:YVO4 truyền thống làm đối tượng nghiên cứu tiêu biểu. Hiệu suất laser cao của hiện tượng siêu huỳnh quang được thu được bằng cách vượt qua giới hạn mức năng lượng electron, và mối quan hệ vật lý giữa ngưỡng tạo laser và nhiệt độ (số lượng phonon có liên quan chặt chẽ) được làm rõ, biểu thức thu được tương tự như định luật Curie. Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Communications (doi:10.1038/ S41467-023-433959-9) với tiêu đề “Laser bơm cộng tác photon-phonon”. Yu Fu và Fei Liang, nghiên cứu sinh tiến sĩ khóa 2020, Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về Vật liệu tinh thể, Đại học Sơn Đông, là đồng tác giả chính; Cheng He, Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về Vật lý vi cấu trúc rắn, Đại học Nam Kinh, là tác giả thứ hai; và các giáo sư Yu Haohai và Huaijin Zhang, Đại học Sơn Đông, cùng 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 hoàn thiện, và vào năm 1960, Maiman đã phát minh ra laser trạng thái rắn bơm quang học đầu tiên. Trong quá trình tạo laser, sự giãn nở nhiệt là một hiện tượng vật lý quan trọng đi kèm, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và công suất laser khả dụng. Sự giãn nở nhiệt và hiệu ứng nhiệt luôn được coi là các thông số vật lý có hại chính trong quá trình laser, cần 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 của cuộc đấu tranh với nhiệt thải.

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

Nhóm nghiên cứu từ lâu đã tham gia nghiên cứu về laser và vật liệu quang học phi tuyến, và trong những năm gần đây, quá trình giãn nở nhiệt đã được hiểu sâu sắc từ góc độ vật lý chất 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 sự giãn nở nhiệt là một quá trình lượng tử của sự ghép nối electron-phonon, có thể thực hiện điều chỉnh lượng tử các mức năng lượng electron thông qua thiết kế laser phù hợp, và thu được các kênh chuyển tiếp electron mới để tạo ra bước sóng mới.tia laserDựa trên tư duy này, một nguyên lý mới về tạo laser bằng cơ chế bơm phối hợp electron-phonon được đề xuất, và quy luật chuyển tiếp electron dưới tác động của sự ghép nối 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 phối hợp photon-phonon không cần làm mát được chế tạo, sử dụng công nghệ bơm diode laser truyền thống. Laser với bước sóng hiếm 1168nm và 1176nm được thiết kế. Trên cơ sở đó, dựa trên nguyên lý cơ bản về tạo laser và sự ghép nối electron-phonon, người ta thấy rằng tích của ngưỡng tạo laser và nhiệt độ là một hằng số, giống với biểu thức của định luật Curie trong từ học, và cũng chứng minh được quy luật vật lý cơ bản trong quá trình chuyển pha hỗn loạn.

Thực hiện thực nghiệm sự hợp tác photon-phononlaser bơm

Công trình này cung cấp một góc nhìn mới cho nghiên cứu tiên tiến về cơ chế tạo 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 khám phá tinh thể laser, đồng thời có thể mang lại những ý tưởng nghiên cứu mới cho sự phát triển củaquang học lượng tửbao gồm y học laser, màn hình laser và các lĩnh vực ứng dụng liên quan khác.