ความก้าวหน้าล่าสุดในกลไกการสร้างเลเซอร์และการวิจัยเลเซอร์แบบใหม่

ความก้าวหน้าล่าสุดในกลไกการสร้างเลเซอร์และใหม่การวิจัยเลเซอร์
เมื่อไม่นานนี้ กลุ่มวิจัยของศาสตราจารย์จาง หวยจินและศาสตราจารย์หยู เฮาไห่ จากห้องปฏิบัติการหลักของรัฐด้านวัสดุผลึกของมหาวิทยาลัยซานตง และศาสตราจารย์เฉิน หยานเฟิงและศาสตราจารย์เหอ เฉิง จากห้องปฏิบัติการหลักของรัฐด้านฟิสิกส์จุลภาคของแข็งของมหาวิทยาลัยหนานจิง ได้ทำงานร่วมกันเพื่อแก้ปัญหาและเสนอกลไกการสร้างเลเซอร์ของการสูบแบบร่วมมือกันระหว่างฟูน-โฟนอน และใช้คริสตัลเลเซอร์ Nd:YVO4 แบบดั้งเดิมเป็นวัตถุวิจัยตัวแทน เอาต์พุตเลเซอร์ประสิทธิภาพสูงของซูเปอร์ฟลูออเรสเซนต์ได้มาจากการทะลุขีดจำกัดระดับพลังงานของอิเล็กตรอน และความสัมพันธ์ทางกายภาพระหว่างเกณฑ์การสร้างเลเซอร์และอุณหภูมิ (หมายเลขโฟนอนมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด) ได้รับการเปิดเผย และรูปแบบการแสดงออกก็เหมือนกับกฎของคูรี การศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Communications (doi:10.1038/ S41467-023-433959-9) ภายใต้ชื่อ “Photon-phonon collaboratively pumped laser” Yu Fu และ Fei Liang นักศึกษาปริญญาเอกรุ่นปี 2020 จากห้องปฏิบัติการหลักของรัฐด้านวัสดุคริสตัล มหาวิทยาลัยซานตง เป็นผู้เขียนร่วมคนแรก Cheng He จากห้องปฏิบัติการหลักของรัฐด้านฟิสิกส์จุลภาคของแข็ง มหาวิทยาลัยหนานจิง เป็นผู้เขียนคนที่สอง และศาสตราจารย์ Yu Haohai และ Huaijin Zhang จากมหาวิทยาลัยซานตง และ Yanfeng Chen จากมหาวิทยาลัยหนานจิง เป็นผู้เขียนร่วมที่ติดต่อกัน
นับตั้งแต่ที่ไอน์สไตน์เสนอทฤษฎีการแผ่รังสีแสงในศตวรรษที่ผ่านมา กลไกของเลเซอร์ก็ได้รับการพัฒนาอย่างเต็มที่ และในปี 1960 ไมมันได้คิดค้นเลเซอร์โซลิดสเตตแบบปั๊มแสงตัวแรก ในระหว่างการสร้างเลเซอร์ การผ่อนคลายความร้อนเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่สำคัญที่เกิดขึ้นพร้อมกับการสร้างเลเซอร์ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อประสิทธิภาพของเลเซอร์และกำลังเลเซอร์ที่มีอยู่ การผ่อนคลายความร้อนและผลกระทบจากความร้อนถือเป็นพารามิเตอร์ทางกายภาพที่เป็นอันตรายหลักในกระบวนการเลเซอร์ ซึ่งจะต้องลดลงด้วยเทคโนโลยีการถ่ายเทความร้อนและการทำความเย็นต่างๆ ดังนั้น ประวัติการพัฒนาเลเซอร์จึงถือเป็นประวัติศาสตร์ของการต่อสู้กับความร้อนเสีย

ภาพรวมทางทฤษฎีของการปั๊มเลเซอร์แบบร่วมมือกันระหว่างโฟตอนและโฟนอน

ทีมวิจัยได้ดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับเลเซอร์และวัสดุออปติกแบบไม่เชิงเส้นมาอย่างยาวนาน และในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กระบวนการผ่อนคลายความร้อนได้รับการทำความเข้าใจอย่างลึกซึ้งจากมุมมองของฟิสิกส์สถานะของแข็ง โดยอิงจากแนวคิดพื้นฐานที่ว่าความร้อน (อุณหภูมิ) รวมอยู่ในโฟนอนระดับจุลภาค จึงถือได้ว่าการผ่อนคลายความร้อนนั้นเป็นกระบวนการควอนตัมของการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนกับโฟนอน ซึ่งสามารถตระหนักถึงการปรับแต่งควอนตัมของระดับพลังงานอิเล็กตรอนผ่านการออกแบบเลเซอร์ที่เหมาะสม และรับช่องเปลี่ยนผ่านอิเล็กตรอนใหม่เพื่อสร้างความยาวคลื่นใหม่เลเซอร์จากแนวคิดนี้ หลักการใหม่ของการสร้างเลเซอร์ปั๊มร่วมอิเล็กตรอน-โฟนอนได้รับการเสนอขึ้น และกฎการเปลี่ยนผ่านอิเล็กตรอนภายใต้การจับคู่อิเล็กตรอน-โฟนอนได้มาจากการใช้ Nd:YVO4 ซึ่งเป็นคริสตัลเลเซอร์พื้นฐานเป็นวัตถุตัวแทน ในเวลาเดียวกัน เลเซอร์ปั๊มร่วมโฟตอน-โฟนอนที่ไม่ได้รับการระบายความร้อนถูกสร้างขึ้น ซึ่งใช้เทคโนโลยีการปั๊มไดโอดเลเซอร์แบบดั้งเดิม ออกแบบเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นหายาก 1168 นาโนเมตรและ 1176 นาโนเมตร จากพื้นฐานนี้ โดยอิงตามหลักการพื้นฐานของการสร้างเลเซอร์และการจับคู่อิเล็กตรอน-โฟนอน พบว่าผลคูณของเกณฑ์การสร้างเลเซอร์และอุณหภูมิเป็นค่าคงที่ ซึ่งเหมือนกับการแสดงออกของกฎของคูรีในแม่เหล็ก และยังแสดงกฎฟิสิกส์พื้นฐานในกระบวนการเปลี่ยนเฟสที่ไม่เป็นระเบียบอีกด้วย

การทดลองการตระหนักรู้ความร่วมมือระหว่างโฟตอนและโฟนอนการปั๊มเลเซอร์

งานนี้ให้มุมมองใหม่สำหรับการวิจัยขั้นสูงเกี่ยวกับกลไกการสร้างเลเซอร์ฟิสิกส์เลเซอร์และเลเซอร์พลังงานสูง ชี้ให้เห็นมิติการออกแบบใหม่สำหรับเทคโนโลยีการขยายความยาวคลื่นเลเซอร์และการสำรวจคริสตัลเลเซอร์ และอาจนำแนวคิดการวิจัยใหม่ๆ มาสู่การพัฒนาเลนส์ควอนตัม, ยาเลเซอร์, จอเลเซอร์ และด้านการประยุกต์ใช้อื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง