레이저 생성 메커니즘의 최근 발전과 새로운 레이저 연구

레이저 생성 메커니즘의 최근 발전과 새로운레이저 연구
최근 산둥대 결정재료 국가중점실험실의 장화이진 교수와 위하오하이 교수 연구팀, 난징대 고체미세구조물리 국가중점실험실의 천얀펑 교수와 허청 교수 연구팀이 공동으로 연구하여 이 문제를 해결하고 포온-포논 협력 펌핑 레이저 생성 메커니즘을 제안했으며, 전통적인 Nd:YVO4 레이저 결정을 대표적 연구 대상으로 삼았습니다. 초형광의 고효율 레이저 출력은 전자 에너지 준위 한계를 돌파하여 얻어지며, 레이저 생성 임계값과 온도 사이의 물리적 관계(포논 수는 밀접한 관련이 있음)가 밝혀졌고, 표현 형태는 퀴리의 법칙과 동일합니다. 이 연구는 "Photon-phonon collaboratively pumped laser"라는 이름으로 Nature Communications(doi:10.1038/S41467-023-433959-9)에 게재되었습니다. 산둥대학교 결정재료 국가중점실험실의 2020학년 박사과정생인 유푸(Yu Fu)와 페이량(Fei Liang)이 공동 제1저자이고, 난징대학교 고체미세구조물리학 국가중점실험실의 정허(Cheng He)가 제2저자이며, 산둥대학교의 유하오하이(Yu Haohai) 교수와 장화이진(Huaijin Zhang) 교수, 그리고 난징대학교의 천얀펑(Yanfeng Chen) 교수가 공동 교신저자입니다.
지난 세기에 아인슈타인이 빛의 유도 복사 이론을 제안한 이후 레이저 메커니즘은 완전히 발전했고, 1960년에는 마이먼이 최초의 광 펌핑 고체 레이저를 발명했습니다. 레이저 생성 과정에서 열 이완은 레이저 생성에 수반되는 중요한 물리적 현상으로, 레이저 성능과 가용 레이저 출력에 심각한 영향을 미칩니다. 열 이완과 열 효과는 레이저 공정에서 주요 유해 물리적 매개변수로 여겨져 왔으며, 다양한 열 전달 및 냉각 기술을 통해 이를 줄여야 합니다. 따라서 레이저 개발의 역사는 폐열과의 싸움의 역사로 여겨집니다.

광자-포논 협동 펌핑 레이저의 이론적 개요

연구팀은 오랫동안 레이저 및 비선형 광학 재료 연구에 참여해 왔으며, 최근 고체 물리학의 관점에서 열 완화 과정을 심도 있게 이해하고 있습니다. 열(온도)이 미시적 포논에 구현되어 있다는 기본 개념을 바탕으로, 열 완화 자체가 전자-포논 결합의 양자 과정으로 여겨지며, 적절한 레이저 설계를 통해 전자 에너지 준위의 양자적 조절을 실현하고 새로운 전자 전이 채널을 확보하여 새로운 파장을 생성할 수 있습니다.원자 램프이러한 사고를 바탕으로 전자-포논 협동 펌핑 레이저 생성의 새로운 원리를 제안하고, 기본 레이저 결정인 Nd:YVO4를 대표 물질로 하여 전자-포논 결합 하의 전자 전이 법칙을 도출했습니다. 동시에, 기존의 레이저 다이오드 펌핑 기술을 사용하는 비냉각 광자-포논 협동 펌핑 레이저를 제작했습니다. 1168nm와 1176nm의 희귀 파장을 갖는 레이저를 설계했습니다. 이를 바탕으로 레이저 생성 및 전자-포논 결합의 기본 원리를 바탕으로 레이저 생성 임계값과 온도의 곱이 상수임을 확인했습니다. 이는 자기장에서 퀴리 법칙의 표현과 동일하며, 무질서한 상전이 과정에서 기본적인 물리 법칙을 보여줍니다.

광자-포논 협동의 실험적 실현펌핑 레이저

본 연구는 레이저 생성 메커니즘에 관한 최첨단 연구에 새로운 관점을 제공합니다.레이저 물리학, 그리고 고에너지 레이저는 레이저 파장 확장 기술과 레이저 결정 탐색을 위한 새로운 설계 차원을 제시하며, 레이저 개발에 새로운 연구 아이디어를 가져올 수 있습니다.양자 광학, 레이저 의학, 레이저 디스플레이 및 기타 관련 응용 분야.