ההתקדמות האחרונה במנגנון יצירת לייזר ומחקר לייזר חדש

ההתקדמות האחרונה במנגנון יצירת לייזר וחדשהמחקר לייזר
לאחרונה, קבוצת המחקר של פרופסור ג'אנג הואיג'ין ופרופסור יו האוחאי ממעבדת המפתח של המדינה לחומרי קריסטל של אוניברסיטת שאנדונג ופרופסור צ'ן יאנפנג ופרופסור ה צ'נג ממעבדת המפתח של המדינה לפיזיקת מיקרו-מבנה מוצק של אוניברסיטת נאנג'ינג עבדו יחד כדי לפתור את בעיה והציע את מנגנון יצירת הלייזר של שאיבה שיתופית של פון-פונון, ולקח את גביש הלייזר המסורתי Nd:YVO4 כאובייקט המחקר המייצג. תפוקת הלייזר היעילות הגבוהה של העל-פלואורסצנטי מתקבלת על ידי פריצת גבול רמת אנרגיית האלקטרונים, ומתגלה הקשר הפיזי בין סף יצירת הלייזר והטמפרטורה (מספר הפונונים קשור קשר הדוק), וצורת הביטוי זהה לחוק קיורי. המחקר פורסם ב-Nature Communications (doi:10.1038/ S41467-023-433959-9) תחת השם "Photon-phonon in collaboratively pumped laser". יו פו ופיי ליאנג, דוקטורנט של כיתה 2020, מעבדת מפתח המדינה לחומרי קריסטל, אוניברסיטת שאנדונג, הם מחברים ראשונים, צ'נג ה, מעבדת המפתח של המדינה לפיזיקה מיקרו-מבנה מוצק, אוניברסיטת נאנג'ינג, הוא הכותב השני, והפרופסורים יו Haohai ו-Huaijin Zhang, אוניברסיטת שאנדונג, ויאנפנג צ'ן, אוניברסיטת נאנג'ינג, הם מחברים מתכתבים.
מאז שאיינשטיין הציע את תיאוריית הקרינה המגורה של האור במאה הקודמת, מנגנון הלייזר פותח במלואו, ובשנת 1960, מימן המציא את הלייזר הראשון במצב מוצק שאוב אופטית. במהלך יצירת הלייזר, הרפיה תרמית היא תופעה פיזיקלית חשובה הנלווית ליצירת הלייזר, אשר משפיעה קשות על ביצועי הלייזר ועוצמת הלייזר הזמינה. הרפיה תרמית והשפעה תרמית נחשבו תמיד כפרמטרים הפיזיים המזיקים העיקריים בתהליך הלייזר, אותם יש להפחית על ידי טכנולוגיות שונות של העברת חום וקירור. לכן, ההיסטוריה של פיתוח הלייזר נחשבת להיסטוריה של המאבק בפסולת חום.

סקירה תיאורטית של לייזר שאיבה שיתופית פוטון-פונון

צוות המחקר עוסק זה מכבר במחקר לייזר וחומרים אופטיים לא ליניאריים, ובשנים האחרונות, תהליך ההרפיה התרמית הובן לעומק מנקודת המבט של פיזיקת המצב המוצק. בהתבסס על הרעיון הבסיסי שחום (טמפרטורה) מגולם בפונונים המיקרוקוסמיים, נחשב שהרפיה התרמית עצמה היא תהליך קוונטי של צימוד אלקטרוני-פונון, שיכול לממש התאמה קוונטית של רמות אנרגיית האלקטרונים באמצעות תכנון לייזר מתאים, ולהשיג. ערוצי מעבר אלקטרונים חדשים ליצירת אורך גל חדשלייזר. בהתבסס על חשיבה זו, מוצע עיקרון חדש של יצירת לייזר שאיבה שיתופית אלקטרונית-פונון, וכלל המעבר האלקטרוני תחת צימוד אלקטרוני-פונון נגזר על ידי לקיחת Nd:YVO4, גביש לייזר בסיסי, כאובייקט מייצג. במקביל, נבנה לייזר שאיבה שיתופי פוטון-פונון לא מקורר, העושה שימוש בטכנולוגיית השאיבה המסורתית של דיודות לייזר. לייזר עם אורך גל נדיר 1168nm ו-1176nm מתוכנן. על בסיס זה, בהתבסס על העיקרון הבסיסי של יצירת לייזר וצימוד אלקטרוני-פונון, נמצא שהתוצר של סף יצירת לייזר וטמפרטורה הוא קבוע, זהה לביטוי של חוק קירי במגנטיות, וגם מדגים החוק הפיזיקלי הבסיסי בתהליך מעבר פאזה לא מסודר.

מימוש ניסיוני של קואופרטיב פוטון-פונוןשאיבה לייזר

עבודה זו מספקת פרספקטיבה חדשה למחקר חדשני על מנגנון יצירת לייזר,פיזיקת לייזר, ולייזר באנרגיה גבוהה, מצביע על מימד עיצובי חדש עבור טכנולוגיית הרחבת אורך גל לייזר וחקר גבישי לייזר, ועשויים להביא רעיונות מחקריים חדשים לפיתוח שלאופטיקה קוונטית, רפואת לייזר, תצוגת לייזר ותחומי יישומים קשורים אחרים.