激光冷却的新里程碑:研究小组将硅玻璃冷却了创纪录的67开尔文
发布时间：2024-03-22 17:00:07 阅读数： 204
激光激发掺镱玻璃棒。资料来源:Fraunhofer IOF
来自弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所(IOF)和新墨西哥大学的一组研究人员首次成功地通过光学激光冷却将硅玻璃冷却到67开尔文。来自耶拿和阿尔伯克基的研究人员在《光学快报》杂志上发表了研究结果。切割、钻孔、焊接——我们通常把激光与材料的加热联系在一起，例如，对金属或石头制成的物体进行精密加工。但在特定情况下，也可以通过激光辐射来冷却物质——这种效应被称为气体的多普勒冷却。然而，激光辐射也会导致固体冷却。
这种矛盾的效果通过所谓的反斯托克斯荧光冷却成为可能。在这个过程中，一种特殊的、高纯度的材料通过激光辐射被激发。由于激发激光和材料发出的辐射(即荧光)之间的能量差异，能量以热的形式从材料中提取出来——它被冷却。由Fraunhofer IOF和新墨西哥大学的研究人员组成的研究小组研究了掺杂二氧化硅玻璃的激光冷却，并在他们的论文中取得了重大进展。研究人员再次突破二氧化硅玻璃的冷却门槛多年来，人们认为硅玻璃的冷却是不可能的。但在2019年，来自耶拿和阿尔伯克基的研究人员首次证明了掺镱硅玻璃的激光冷却。
当时的冷却温度仅比室温低0.7开尔文。为了克服先前的冷却阈值，优化了制造掺杂材料的具体工艺及其确切成分。此外，新墨西哥大学与弗劳恩霍夫IOF的研究人员密切合作，改进了用于测量的激发激光器。结果，研究人员现在已经实现了一项新的破纪录的冷却:通过功率为97瓦、波长为1032纳米的激发激光辐射掺镱硅棒，研究人员能够证明在两分钟内温度从室温降低了67开尔文。类纤维材料开辟新的应用潜力
由于这一新的发展，未来可以开发出用于精密计量或量子实验的新颖，极其稳定的激光器和低噪声放大器。此外，优化后的工艺可以推进无振动冷却，从而通过低温显微镜和伽马能谱在材料分析和医学诊断中开辟新的应用潜力。
这种材料在纤维中的潜在用途特别有趣。在未来，新工艺可用于开发高性能光纤激光器，而不必处理热不稳定性的限制效应。
新工艺代表了激光冷却的重大进步，根据专家的理论考虑，它还没有标志着使用激光最大限度地降低温度。
