日前，德國弗勞恩霍夫應(yīng)用光學(xué)與精密工程研究所和美國新墨西哥大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)首次通過激光制冷方式，成功地將石英玻璃從室溫冷卻了67開爾文。最新一期《光學(xué)快報(bào)》雜志上報(bào)道了這項(xiàng)研究成果。

人們通常將激光與材料加熱聯(lián)系在一起，如切割、鉆孔、焊接，在金屬或石制物體上進(jìn)行精確加工。但在特定情況下，也可以通過激光輻射來冷卻材料，如氣體的多普勒冷卻。然而，激光輻射也能使固體冷卻。

通過所謂的反斯托克斯熒光冷卻，這種冷熱相悖的效應(yīng)成為可能。在該過程中，通過激光輻射激發(fā)一種特殊的高純度材料，由于激光和材料發(fā)出的輻射（即熒光）之間存在能量差異，激光會以熱的形式從材料中吸取能量，于是材料被冷卻。

激光激發(fā)的摻鐿石英玻璃棒

研究人員再次克服了先前石英玻璃的冷卻閾值

多年來，激光冷卻石英玻璃被認(rèn)為是不可能的。但在2019年，該研究團(tuán)隊(duì)首次證明了摻鐿（Yb）石英玻璃可以通過激光冷卻。當(dāng)時(shí)，只能從室溫冷卻0.7開爾文。為了超越先前的冷卻限值，他們優(yōu)化了摻雜材料的制備工藝。

結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了一種新的破紀(jì)錄的冷卻：通過功率為97瓦、波長為1032納米的激光輻射摻鐿石英棒，使溫度從室溫降低了67開爾文。

纖維狀材料開辟新的應(yīng)用潛力

這一新進(jìn)展有助于未來開發(fā)出極穩(wěn)定的激光器和低噪聲放大器，用于精密測量或量子實(shí)驗(yàn)。此外，優(yōu)化工藝還可以推進(jìn)無振動冷卻，借助低溫顯微鏡和伽馬能譜，在材料分析和醫(yī)療診斷中發(fā)揮作用。

這種材料在纖維中也有潛在用途。未來，新工藝可用于開發(fā)高性能光纖激光器，克服熱不穩(wěn)定性的缺點(diǎn)。

研究人員指出，新工藝代表著激光制冷方面的重大進(jìn)步，但他們創(chuàng)造的冷卻紀(jì)錄并不代表固體激光制冷可能達(dá)到的最大值。 

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1364/OE.507657