ლაზერის გენერაციის მექანიზმისა და ახალი ლაზერული კვლევების ბოლოდროინდელი მიღწევები

ლაზერის გენერაციის მექანიზმის ბოლოდროინდელი მიღწევები და ახალილაზერული კვლევა
ცოტა ხნის წინ, შანდონგის უნივერსიტეტის კრისტალური მასალების სახელმწიფო ლაბორატორიის პროფესორ ჟანგ ჰუაიჯინისა და პროფესორ იუ ჰაოჰაის, ასევე ნანძინის უნივერსიტეტის მყარი მიკროსტრუქტურის ფიზიკის სახელმწიფო ლაბორატორიის პროფესორ ჩენ იანფენგისა და პროფესორ ჰე ჩენგის კვლევითმა ჯგუფმა ერთად იმუშავა პრობლემის გადასაჭრელად და შემოგვთავაზა ფონ-ფონონის კოლაბორაციული ტუმბოს ლაზერული გენერაციის მექანიზმი, ხოლო წარმომადგენლობით ობიექტად ტრადიციული Nd:YVO4 ლაზერული კრისტალი აიღო. სუპერფლუორესცენციის მაღალი ეფექტურობის ლაზერული გამომავალი მიიღება ელექტრონული ენერგიის დონის ლიმიტის გარღვევით და გამოვლინდა ლაზერის გენერაციის ზღურბლსა და ტემპერატურას შორის ფიზიკური კავშირი (ფონონის რიცხვი მჭიდრო კავშირშია) და გამოხატვის ფორმა კიურის კანონის იდენტურია. კვლევა გამოქვეყნდა Nature Communications-ში (doi:10.1038/S41467-023-433959-9) სახელწოდებით „ფოტონ-ფონონის კოლაბორაციული ტუმბოს ლაზერი“. შანდონგის უნივერსიტეტის კრისტალური მასალების სახელმწიფო ძირითადი ლაბორატორიის მე-2020 კურსის დოქტორანტი იუ ფუ და ფეი ლიანგი, თანაპირველი ავტორები არიან, ნანძინგის უნივერსიტეტის მყარი მიკროსტრუქტურის ფიზიკის სახელმწიფო ძირითადი ლაბორატორიის წარმომადგენელი ჩენგ ჰე მეორე ავტორია, ხოლო შანდონგის უნივერსიტეტის პროფესორები იუ ჰაოჰაი და ჰუაიჯინ ჟანგი და ნანძინგის უნივერსიტეტის წარმომადგენელი იანფენ ჩენი თანაავტორები არიან.
მას შემდეგ, რაც აინშტაინმა გასულ საუკუნეში სინათლის სტიმულირებული გამოსხივების თეორია შემოგვთავაზა, ლაზერული მექანიზმი სრულად შემუშავდა და 1960 წელს მაიმანმა გამოიგონა პირველი ოპტიკურად ტუმბოსებური მყარი მდგომარეობის ლაზერი. ლაზერის გენერაციის დროს თერმული რელაქსაცია ლაზერის გენერაციის თანმხლები მნიშვნელოვანი ფიზიკური ფენომენია, რომელიც სერიოზულად მოქმედებს ლაზერის მუშაობასა და ხელმისაწვდომ სიმძლავრეზე. თერმული რელაქსაცია და თერმული ეფექტი ყოველთვის განიხილებოდა ლაზერული პროცესის ძირითად მავნე ფიზიკურ პარამეტრებად, რომლებიც უნდა შემცირდეს სხვადასხვა სითბოს გადაცემისა და გაგრილების ტექნოლოგიებით. ამიტომ, ლაზერის განვითარების ისტორია ითვლება ნარჩენ სითბოსთან ბრძოლის ისტორიად.

ფოტონ-ფონონური კოოპერატიული ტუმბოს ლაზერის თეორიული მიმოხილვა

კვლევითი ჯგუფი დიდი ხანია ლაზერული და არაწრფივი ოპტიკური მასალების კვლევით არის დაკავებული და ბოლო წლებში თერმული რელაქსაციის პროცესი მყარი მდგომარეობის ფიზიკის პერსპექტივიდან ღრმად იქნა შესწავლილი. მიკროკოსმოსურ ფონონებში სითბოს (ტემპერატურის) განსახიერების ძირითადი იდეის საფუძველზე, ითვლება, რომ თერმული რელაქსაცია თავად ელექტრონ-ფონონური შეერთების კვანტური პროცესია, რომელსაც შეუძლია შესაბამისი ლაზერული დიზაინის მეშვეობით ელექტრონული ენერგიის დონეების კვანტური მორგება და ახალი ელექტრონული გადასვლის არხების მიღება ახალი ტალღის სიგრძის გენერირებისთვის.ლაზერიამ აზროვნების საფუძველზე შემოთავაზებულია ელექტრონ-ფონონური კოოპერატიული ტუმბოს ლაზერის გენერირების ახალი პრინციპი და ელექტრონ-ფონონური შეერთების დროს ელექტრონული გადასვლის წესი გამოყვანილია Nd:YVO4-ის, ძირითადი ლაზერული კრისტალის, წარმომადგენლობით ობიექტად აღებით. ამავდროულად, აგებულია გაუცივებელი ფოტონ-ფონონური კოოპერატიული ტუმბოს ლაზერი, რომელიც იყენებს ტრადიციულ ლაზერულ დიოდურ ტუმბოს ტექნოლოგიას. შექმნილია იშვიათი ტალღის სიგრძის 1168 ნმ და 1176 ნმ ლაზერი. ამის საფუძველზე, ლაზერის გენერირებისა და ელექტრონ-ფონონური შეერთების ძირითადი პრინციპის საფუძველზე, დადგინდა, რომ ლაზერის გენერაციის ზღურბლისა და ტემპერატურის ნამრავლი არის მუდმივი, რაც იგივეა, რაც კიურის კანონის გამოხატულება მაგნეტიზმში და ასევე აჩვენებს ძირითად ფიზიკურ კანონს უწესრიგო ფაზური გადასვლის პროცესში.

ფოტონ-ფონონის კოოპერატივის ექსპერიმენტული რეალიზაციატუმბოს ლაზერი

ეს ნაშრომი ლაზერული გენერაციის მექანიზმის უახლესი კვლევისთვის ახალ პერსპექტივას იძლევა,ლაზერული ფიზიკადა მაღალი ენერგიის ლაზერი, მიუთითებს ლაზერული ტალღის სიგრძის გაფართოების ტექნოლოგიისა და ლაზერული კრისტალების შესწავლის ახალ დიზაინის განზომილებაზე და შესაძლოა, ახალი კვლევითი იდეები მოიტანოს განვითარებისთვის.კვანტური ოპტიკა, ლაზერული მედიცინა, ლაზერული დისპლეი და სხვა დაკავშირებული გამოყენების სფეროები.