Progrès récents dans le mécanisme de génération laser et nouvellesrecherche sur le laser
Récemment, l'équipe de recherche des professeurs Zhang Huaijin et Yu Haohai, du Laboratoire national des matériaux cristallins de l'Université du Shandong, ainsi que celle des professeurs Chen Yanfeng et He Cheng, du Laboratoire national de physique des microstructures solides de l'Université de Nanjing, ont collaboré pour résoudre ce problème et proposé le mécanisme de génération laser du pompage collaboratif phonon-phoon, en prenant le cristal laser Nd:YVO4 traditionnel comme objet de recherche représentatif. La sortie laser à haut rendement de la superfluorescence est obtenue en franchissant la limite du niveau d'énergie des électrons, et la relation physique entre le seuil de génération laser et la température (le nombre de phonons étant étroitement lié) est révélée, et son expression est identique à la loi de Curie. L'étude a été publiée dans Nature Communications (doi:10.1038/S41467-023-433959-9) sous le titre « Laser à pompage collaboratif photon-phonon ». Yu Fu et Fei Liang, doctorants de la promotion 2020 du Laboratoire clé d'État des matériaux cristallins de l'Université du Shandong, sont co-premiers auteurs, Cheng He, du Laboratoire clé d'État de physique des microstructures solides de l'Université de Nanjing, est le deuxième auteur, et les professeurs Yu Haohai et Huaijin Zhang, de l'Université du Shandong, et Yanfeng Chen, de l'Université de Nanjing, sont co-auteurs correspondants.
Depuis qu'Einstein a proposé la théorie du rayonnement stimulé de la lumière au siècle dernier, le mécanisme laser a été pleinement développé et, en 1960, Maiman a inventé le premier laser à solide à pompage optique. Lors de la génération laser, la relaxation thermique est un phénomène physique important qui accompagne la génération laser et qui affecte sérieusement les performances et la puissance laser disponible. La relaxation thermique et l'effet thermique ont toujours été considérés comme les principaux paramètres physiques nocifs du procédé laser, qu'il convient de réduire grâce à diverses technologies de transfert de chaleur et de réfrigération. Par conséquent, l'histoire du développement du laser est considérée comme l'histoire de la lutte contre la chaleur résiduelle.
Aperçu théorique du laser à pompage coopératif photon-phonon
L'équipe de recherche est engagée depuis longtemps dans la recherche sur les lasers et les matériaux optiques non linéaires. Ces dernières années, le processus de relaxation thermique a été approfondi du point de vue de la physique du solide. Partant du principe que la chaleur (température) est incorporée dans les phonons microcosmiques, on considère que la relaxation thermique elle-même est un processus quantique de couplage électron-phonon, capable d'ajuster quantiquement les niveaux d'énergie des électrons grâce à une conception laser adaptée, et d'obtenir de nouveaux canaux de transition électronique pour générer de nouvelles longueurs d'onde.laserSur la base de cette réflexion, un nouveau principe de génération laser à pompage coopératif électron-phonon est proposé. La règle de transition électronique sous couplage électron-phonon est déduite en prenant Nd:YVO4, un cristal laser basique, comme objet représentatif. Parallèlement, un laser à pompage coopératif photon-phonon non refroidi est construit, utilisant la technologie traditionnelle de pompage par diode laser. Un laser de longueurs d'onde rares de 1 168 nm et 1 176 nm est conçu. Sur cette base, en s'appuyant sur le principe fondamental de génération laser et de couplage électron-phonon, il est constaté que le produit du seuil de génération laser par la température est une constante, ce qui correspond à l'expression de la loi de Curie en magnétisme et démontre également la loi physique fondamentale du processus de transition de phase désordonnée.
Réalisation expérimentale de la coopération photon-phononlaser de pompage
Ce travail offre une nouvelle perspective pour la recherche de pointe sur le mécanisme de génération laser,physique du laser, et le laser à haute énergie, souligne une nouvelle dimension de conception pour la technologie d'expansion de longueur d'onde laser et l'exploration des cristaux laser, et peut apporter de nouvelles idées de recherche pour le développement deoptique quantique, médecine laser, affichage laser et autres domaines d'application connexes.
Date de publication : 15 janvier 2024