报道了一种高度稳定的垂直外腔二极管泵浦无循环液体染料激光器。该设计简单(无需制造工艺步骤,无流体回路)、紧凑(~ cm 大小)且经济高效。报道的光学效率为 18%,M² 为 1,具有出色的光稳定性——在 50 Hz 下 140 万次脉冲后效率没有下降,该值与流动系统相当,远高于有机固态激光器可实现的值。我们表明热效应是该激光器稳定性和动力学的核心。详细研究了不同泵浦脉冲持续时间/重复率的激光建立和关闭动力学;它们表明,随着泵浦脉冲持续时间和重复率的增加,脉冲缩短,这被证明是由于热透镜衍射损耗造成的。这种激光结构为测试或收获可溶液处理的增益材料提供了一个非常方便和简单的平台。
缓解气候变化的紧迫性推动了科学研究和技术进步,以寻求可持续能源解决方案,将太阳能定位为最有前途的可再生资源之一,有助于减少对化石燃料的依赖。太阳泵浦激光器专门设计用于直接利用和转换部分太阳非相干辐射为相干激光,为环保激光技术的进步铺平了道路。近二十年前,我们里斯本新大学的研究团队开始研究这个课题,目标是显著提高太阳泵浦激光器的性能,他们的努力使我们处于该领域的前沿。本文重点介绍了我们的研究团队通过开创性实验使用 Ce:Nd:YAG 作为太阳能激光器的新型活性介质以及探索同时泵浦多种介质的创新方案所取得的这种可再生技术的最新进展。显著的进展包括为多模和基模模式创造了新的太阳激光效率记录,并实现了太阳激光发射的最低阈值泵浦功率。热管理和太阳跟踪误差补偿能力也取得了显著的进步,从而提高了激光器输出功率的稳定性。这些进展对于太阳泵浦激光器的实际应用至关重要。
A. Hamja, a) R. Florentin、S. Chénais、S. Forget 激光物理实验室,巴黎北索邦大学,CNRS,UMR 7538,F-93430 Villetaneuse,法国 a) 通讯作者:mdamir.hamja@sorbonne-paris-nord.fr 摘要 液态染料激光器一直被认为是可见光范围内理想的可调谐激光源,但体积庞大、价格昂贵,并且需要复杂的染料循环系统。我们在此介绍一种依靠低成本蓝色激光二极管作为泵浦源和密封染料电池(无流动电路)的系统,从而形成一种结合了固态设备的便利性和尺寸以及液态有机激光器的稳定性的设备。获得了非常高的光稳定性(高达 1.2×10 9 个脉冲,或 1 kHz 下 12 天),比在类似条件下工作的固态染料激光器高出 5 个数量级。发现在低重复率下可获得的脉冲数受分子自扩散限制,因此与总比色皿体积有关。相反,重复率限制为几 kHz,这表明热效应比三重态粒子群效应发挥更大的作用。热效应通过建立强大的负热透镜来抑制激光:通过谐振器设计校正此热透镜的非异常部分,可将重复率提高到 14 kHz,并可能进一步优化。这项工作展示了一种构建现成的、紧凑的、低成本的、方便的可见光范围内可调脉冲激光器的途径,其稳定性优于有机固态激光器。最近,高功率蓝色和紫色激光二极管 1 的出现促使人们重新考虑许多以前需要昂贵的可见光固态激光器的应用:例如,当用激光二极管取代泵浦激光器时,钛宝石激光器的成本可以下降一个数量级。2 由于染料激光器在光谱的蓝绿区域表现出大的吸收带,它们也非常适合 GaN 二极管泵浦,并且可能会遵循相同的路线。3–8 然而,虽然液态染料激光器是第一种可调谐激光器,可用于光谱学、9 医学 10 或传感 11,但如今它们更加保密,主要是因为染料溶液电路的处理麻烦而复杂。事实上,在那些激光器中,增益介质必须通过主动流不断补充:这可以避免三线态的积累,缓解热问题,并疏散光漂白分子以实现稳定的激光发射。染料电路的复杂性是许多应用的瓶颈,尽管可以通过使用光流体装置在一定程度上降低这一问题。12,13 为了克服这一困难,可以实施两种解决方案:固态增益介质或无循环液体胶囊。虽然固态染料激光器被认为非常有前途(特别是在有机半导体出现之后,这引发了人们制造电泵有机激光二极管的希望 14–16 ),但它们也存在重大缺陷。主要缺陷是光稳定性低,无法在高温下工作
Si 基光子集成电路 (PIC) 将光学活性元件单片集成在芯片上,正在改变下一代信息和通信技术基础设施 1。在寻找基本的直接带隙的过程中,人们对 IV 族半导体合金进行了深入研究,以获得电泵浦连续波 Si 基激光器。沿着这条路径,已经证明可以通过化学计量和应变工程将新开发的 GeSn/SiGeSn 异质结构的电子带结构调整为直接带隙量子结构,从而为激光提供光增益 2。在本文中,我们介绍了一种多功能电泵浦激光器,它在低温下发射近红外波长为 2.35 µm 的低阈值电流为 4 mA(5 kA/cm 2)。它基于 6 周期 SiGeSn/GeSn 多量子阱结构,沉积在具有弛豫 Ge 缓冲层的 Si 衬底上。通过定义一个圆形台面结构来制作小尺寸微盘腔激光器,该结构蚀刻穿过层堆栈直至 Si 衬底。随后,通过去除此区域的 Ge 缓冲层,将盘的边缘蚀刻 900 nm。剩余的 Ge 基座用作 p 接触区以及激光器的散热器(图 1 a、b)。在这个简单的结构中,由于 SiGeSn 的导热性较差,有源区的实际晶格温度比热浴 T b 高约 60K。但是,激光器在 T b =40K 以下以连续波 (CW) 模式工作,但也可以在 T b =77K 时以直接调制模式高效工作至 ns 脉冲。
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导电金属通常会传输或吸收自旋电流。本文报告了将两层金属薄膜连接在一起可以抑制自旋传输和吸收的证据。我们研究了铁磁体/间隔层/铁磁体异质结构中的自旋泵浦,其中间隔层(由金属 Cu 和 Cr 薄膜组成)将铁磁自旋源层和自旋吸收层分隔开。Cu/Cr 间隔层在很大程度上抑制了自旋泵浦,即既不传输也不吸收大量自旋电流,尽管 Cu 或 Cr 单独传输了相当大的自旋电流。Cr 的反铁磁性对于抑制自旋泵浦并不是必不可少的,因为我们观察到 Cu/V 间隔层也有类似的抑制作用,其中 V 是 Cr 的非磁性类似物。我们推测,自旋透明金属的多种组合可能形成抑制自旋泵浦的界面,尽管其潜在机制仍不清楚。我们的工作可能会激发人们对理解和设计金属多层中的自旋传输的新视角。
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2021 年 8 月 8 日,美国国家点火装置 (NIF) 创纪录的实验从内爆氘氚 (DT) 胶囊中释放出 1.35MJ 的能量,显示出 0.7 的聚变增益和强劲燃烧的等离子体。虽然这些实验和 NIF 设施并非旨在开发惯性聚变能 (IFE) 的物理学和工程学,但结果对于 IFE 的氘氚惯性约束聚变 (ICF) 物理平台的风险评估具有变革性意义。开发基于 IFE 的发电厂仍是一项十年的努力,我们面前还有许多技术挑战。但有了这种可行性证明和无碳、地理位置独立的发电厂技术的前景,建立对所有高风险和长期发展支持技术的全面研发工作至关重要。要使 IFE 成为有吸引力的能源,需要开发可靠、经济高效的高功率半导体激光器,作为高能聚变驱动激光器经济和技术上可行的泵浦源。
晶体材料、石榴石或掺杂稀土的顺磁玻璃,因此不适合大面积和体积成像。[4] 氮空位 (NV) 中心对磁场具有高灵敏度(单个 NV 中心的灵敏度约为 1 nT Hz −1/2 量级),[5] 但 NV 的光学截面较弱,需要高分辨率检测其发射波长,并且校准困难。[6] 磁成像应用将受益于生物相容性材料(如分子或纳米颗粒)内更强的光磁相互作用,这些材料可以直接掺入样品或生物测定中。[7] 理想情况下,用于磁成像的纳米材料还能够进行高分辨率成像和在高光子通量下操作,甚至可能在微激光器中实现,其明亮的发射和高光谱灵敏度为以细胞分辨率监测各种生理参数创造了新的机会。 [8] 荧光或电致发光材料中的新光磁效应可用于调制激光,甚至可能在光调制器中找到新的应用,而光调制器目前依赖于弱热效应或电光效应。鸟类对地球磁场敏感性的解释为传统磁光材料提供了一种替代品。最近的研究表明,鸟类能够利用其视网膜中电子相互作用的磁敏感性来适应地球磁场。[9,10] 鸟类视网膜中蛋白质的光激发会产生自由基(不成对电子)中间态,然后这些中间态与自旋为 1 的激子(电子-空穴对)相互作用,后者也称为三重态激子。为了解这些相互作用的磁依赖性基础,考虑一个不对称分子,对于该分子,即使在没有磁场的情况下,自旋为 1 的激子的三个三重态也会在能量上分裂。通常,在没有显著的自旋轨道耦合的情况下,这种零场分裂小于约 10 μ eV。[11] 因此,一个数量级为 10 μ eV μ B − 1 ( ≈ 0.2 T) 的外部磁场(其中 μ B 是玻尔磁子)可以通过塞曼效应重新排序三重态,从而调节它们在自旋相关相互作用中的参与。对于没有零场分裂的未配对电子,磁场灵敏度通常更高。因此,三重态-三重态和三重态-电荷相互作用都可以经历磁场调制。鉴于其