Les progrès récents dans le mécanisme de génération laser et les nouvellesrecherche laser
Récemment, les équipes de recherche des professeurs Zhang Huaijin et Yu Haohai du Laboratoire national clé des matériaux cristallins de l'Université du Shandong, ainsi que celles des professeurs Chen Yanfeng et He Cheng du Laboratoire national clé de physique des microstructures solides de l'Université de Nanjing, ont collaboré pour résoudre le problème du pompage collaboratif phonon-phonon et ont proposé un mécanisme de génération laser. Elles ont utilisé le cristal laser Nd:YVO4 traditionnel comme objet d'étude représentatif. L'obtention d'une émission laser à haute efficacité par superfluorescence est obtenue en dépassant la limite du niveau d'énergie des électrons. La relation physique entre le seuil de génération laser et la température (le nombre de phonons étant étroitement lié) est mise en évidence, et son expression est identique à la loi de Curie. Cette 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 national clé des matériaux cristallins de l'Université du Shandong, sont co-premiers auteurs, Cheng He, du Laboratoire national clé de physique de la microstructure solide 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 au siècle dernier, le mécanisme laser a connu un développement complet et, en 1960, Maiman a inventé le premier laser à semi-conducteurs pompé optiquement. Lors de la génération d'énergie laser, la relaxation thermique est un phénomène physique important qui affecte considérablement les performances et la puissance disponible du laser. La relaxation thermique et les effets thermiques ont toujours été considérés comme les principaux paramètres physiques nuisibles au processus laser, et leur réduction est impérative grâce à diverses technologies de transfert de chaleur et de refroidissement. Ainsi, l'histoire du développement des lasers est indissociable de la lutte contre la dissipation de chaleur.
Aperçu théorique du laser à pompage coopératif photon-phonon
L'équipe de recherche se consacre depuis longtemps à l'étude des lasers et des matériaux optiques non linéaires. Ces dernières années, le processus de relaxation thermique a été considérablement approfondi grâce à une approche de physique du solide. Partant du principe que la chaleur (température) est véhiculée par les phonons microscopiques, la relaxation thermique est considérée comme un processus quantique de couplage électron-phonon. Ce processus permet une modulation quantique des niveaux d'énergie des électrons par une conception laser appropriée, et ouvre ainsi de nouvelles voies de transition électronique pour générer de nouvelles longueurs d'onde.laserPartant de ce constat, un nouveau principe de génération laser par pompage coopératif électron-phonon est proposé. La règle de transition électronique sous couplage électron-phonon est établie en prenant comme exemple le Nd:YVO₄, un cristal laser de base. Parallèlement, un laser à pompage coopératif photon-phonon non refroidi est construit, utilisant la technologie de pompage par diode laser classique. Un laser émettant aux longueurs d'onde rares de 1168 nm et 1176 nm est conçu. Sur cette base, et en s'appuyant sur le principe fondamental de la génération laser et du couplage électron-phonon, il est démontré que le produit du seuil de génération laser et de la température est constant, ce qui est identique à l'expression de la loi de Curie en magnétisme. Ceci illustre 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 des lasers, et laser à haute énergie, met en évidence une nouvelle dimension de conception pour la technologie d'expansion de la longueur d'onde laser et l'exploration des cristaux laser, et pourrait apporter de nouvelles idées de recherche pour le développement deoptique quantique, la médecine laser, l'affichage laser et d'autres domaines d'application connexes.
Date de publication : 15 janvier 2024