在国家自然科学基金项目（批准号：52025021、52422201、92463304）等资助下，山东大学于浩海教授团队联合南京大学陈延峰教授团队在声子耦合激光晶体领域取得新进展。相关研究成果以“稳态非线性激射中的电子-声子-光子激发（Electron‒phonon‒photon excitation in steady nonlinear lasing）”为题，于2025年10月31号在线发表在《自然物理》（Nature Physics）杂志上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41567-025-03079-1。
研究电子、声子和光子的激发态调控和耦合效应是探索晶体材料的新规律、新物性和新应用的关键。然而，电子、声子和光子三者之间的能量或动量尺度存在巨大差异，三者耦合强度极低、耦合时间极短，导致长期未能实现共同耦合的相干激发态以及发现其带来的新效应和新功能。因此，提高电子、声子和光子的激发效率和耦合强度，进而实现高效精准的晶格调控，是晶体材料领域极具挑战性的问题。
针对上述挑战，山东大学/南京大学联合研究团队提出了将声子耦合效应引入到激光产生与频率转换过程中，利用相干声子外差补偿动量失配，从而为激光材料晶格调控和功能拓展提供了新思路。团队构建了激光过程中电子、声子和光子的多重耦合物理模型，发现了三者共同耦合形成的激发态准粒子并命名为“EPPTON”。团队设计了范围超过150 nm的超宽带倍频输出的激光器件，比传统技术拓宽100倍以上；沿主平面方向实现了2.47%的倍频激光产生效率，比传统晶体提高了3个数量级，证明了声子外差对相位失配的精准补偿作用，从而发展出一种新型的声子外差相位匹配机制。
该研究揭示了电子、声子、光子三者之间强动态耦合作用带来的新物理效应，并实现了高效率、超宽带、自适应声子外差激光，构建的功能集成激光晶体器件有望应用在量子调控、太赫兹光子学和声子激光等前沿领域。
图 基于声子耦合相位匹配的超宽带倍频输出。（a）电子-声子-光子耦合示意图；（b）电子-声子-光子耦合的能量与动量关系；（c）超宽带声子外差激光；（d）声子外差激光效率