التطورات الحديثة في آلية توليد الليزر وأبحاث الليزر الجديدة

التطورات الحديثة في آلية توليد الليزر والجديدةأبحاث الليزر
في الآونة الأخيرة، عملت المجموعة البحثية المكونة من البروفيسور تشانغ هواجين والبروفيسور يو هاوهاي من مختبر مفتاح الدولة للمواد البلورية بجامعة شاندونغ والبروفيسور تشن يان فنغ والبروفيسور هي تشنغ من مختبر مفتاح الدولة لفيزياء البنية الدقيقة الصلبة بجامعة نانجينغ معًا لحل المشكلة. المشكلة واقترحت آلية توليد الليزر للضخ التعاوني phoon-phonon، واتخذت كريستال الليزر Nd:YVO4 التقليدي ككائن بحث تمثيلي. يتم الحصول على خرج ليزر عالي الكفاءة للتألق الفائق من خلال اختراق حد مستوى طاقة الإلكترون، ويتم الكشف عن العلاقة الفيزيائية بين عتبة توليد الليزر ودرجة الحرارة (يرتبط رقم الفونون ارتباطًا وثيقًا)، وشكل التعبير هو نفس قانون كوري. نُشرت الدراسة في مجلة Nature Communications (doi:10.1038/ S41467-023-433959-9) تحت اسم "Photon-phonon Collaboratively Pumped Laser". يو فو وفاي ليانغ، طالب دكتوراه دفعة 2020، مختبر مفتاح الدولة للمواد البلورية، جامعة شاندونغ، هم المؤلفون الأوائل، تشنغ هي، مختبر مفتاح الدولة لفيزياء البنية الدقيقة الصلبة، جامعة نانجينغ، هو المؤلف الثاني، والأساتذة يو Haohai وHuaijin Zhang، جامعة شاندونغ، ويانفينج تشين، جامعة نانجينغ، مؤلفان متطابقان.
منذ أن اقترح أينشتاين نظرية الإشعاع المحفز للضوء في القرن الماضي، تم تطوير آلية الليزر بالكامل، وفي عام 1960، اخترع ميمان أول ليزر الحالة الصلبة الذي يتم ضخه بصريًا. أثناء توليد الليزر، يعد الاسترخاء الحراري ظاهرة فيزيائية مهمة تصاحب توليد الليزر، مما يؤثر بشكل خطير على أداء الليزر وطاقة الليزر المتاحة. لقد تم دائمًا اعتبار الاسترخاء الحراري والتأثير الحراري من العوامل الفيزيائية الضارة الرئيسية في عملية الليزر، والتي يجب تقليلها من خلال تقنيات نقل الحرارة والتبريد المختلفة. لذلك، يعتبر تاريخ تطور الليزر هو تاريخ الصراع مع الحرارة المهدرة.

نظرة نظرية على ليزر الضخ التعاوني للفوتون-فونون

لقد شارك فريق البحث منذ فترة طويلة في أبحاث الليزر والمواد البصرية غير الخطية، وفي السنوات الأخيرة، أصبحت عملية الاسترخاء الحراري مفهومة بعمق من منظور فيزياء الحالة الصلبة. استنادًا إلى الفكرة الأساسية القائلة بأن الحرارة (درجة الحرارة) تتجسد في الفونونات الكونية الدقيقة، يُعتبر أن الاسترخاء الحراري بحد ذاته هو عملية كمومية لاقتران الإلكترون بالفونون، والتي يمكنها تحقيق الخياطة الكمومية لمستويات طاقة الإلكترون من خلال تصميم الليزر المناسب، والحصول على قنوات انتقال إلكترون جديدة لتوليد طول موجي جديدالليزر. بناءً على هذا التفكير، تم اقتراح مبدأ جديد لتوليد ليزر الضخ التعاوني للإلكترون-فونون، ويتم اشتقاق قاعدة انتقال الإلكترون تحت اقتران الإلكترون-فونون من خلال أخذ Nd:YVO4، وهي بلورة ليزر أساسية، ككائن تمثيلي. وفي الوقت نفسه، يتم إنشاء ليزر ضخ تعاوني فوتون-فونون غير مبرد، والذي يستخدم تقنية ضخ الصمام الثنائي بالليزر التقليدية. تم تصميم الليزر بطول موجي نادر 1168 نانومتر و1176 نانومتر. على هذا الأساس، واستنادًا إلى المبدأ الأساسي لتوليد الليزر واقتران الإلكترون والفونون، وجد أن حاصل ضرب عتبة توليد الليزر ودرجة الحرارة ثابت، وهو نفس التعبير عن قانون كوري في المغناطيسية، ويوضح أيضًا القانون الفيزيائي الأساسي في عملية التحول المرحلة المضطربة.

التحقيق التجريبي لتعاونية الفوتون-فونونضخ الليزر

يوفر هذا العمل منظورًا جديدًا للأبحاث المتطورة حول آلية توليد الليزر،فيزياء الليزر، والليزر عالي الطاقة، يشير إلى بُعد تصميمي جديد لتكنولوجيا توسيع الطول الموجي بالليزر واستكشاف البلورات بالليزر، وقد يجلب أفكارًا بحثية جديدة لتطويرالبصريات الكموميةوطب الليزر وعرض الليزر ومجالات التطبيق الأخرى ذات الصلة.