中国粉体网讯 近日，来自德国弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所和美国新墨西哥大学的一个研究团队首次通过激光制冷方式，成功地将石英玻璃从室温冷却了67开尔文。最新一期《光学快报》杂志上报道了这项研究成果。
激光激发的掺镱石英玻璃棒（图片来源：德国弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所）
多年来，激光冷却石英玻璃被认为是不可能的。但在2019年，该研究团队首次证明了掺镱（Yb）石英玻璃可以通过激光冷却。当时，只能从室温冷却0.7开尔文。为了超越先前的冷却限值，他们优化了掺杂材料的制备工艺。
结果，研究团队实现了一种新的破纪录的冷却：通过功率为97瓦、波长为1032纳米的激光辐射掺镱石英棒，使温度从室温降低了67开尔文。
据了解，激光冷却是一种利用激光将气体温度降低到接近绝对零度的方法，该技术原本主要用于原子物理学和量子光学研究中，通过精确控制激光与原子或离子的相互作用，使得原子或离子的动能减少，达到极低的温度。
而在石英玻璃这种固体材料上的应用，则是一种新颖的尝试和技术扩展。通常情况下，固体材料因其复杂的结构和强相互作用，难以像气体原子那样直接进行激光冷却。
传统的光吸收过程涉及电子吸收能量跃迁至更高的能态，随后通过发射低能量（长波长）的光子而弛豫。而反斯托克斯荧光颠覆了这一过程：特定波长的激光精确激发原子，使其在弛豫时释放出更高能量（短波长）的光子。这一过程有效地从材料中抽走热量，实现了材料的净冷却。这种现象不仅展示了光与物质相互作用的独特性，也为材料科学和光学冷却技术带来了新的理解和应用前景。
这项实验的成功归功于对材料的精心选择和激光参数的优化。掺镱二氧化硅，通过在玻璃中掺入镱离子，研究人员可以增强其与特定波长激光光的相互作用，这对冷却过程至关重要，为利用反斯托克斯荧光提供了理想的平台。当这些镱离子被大约1032纳米波长的激光照射时，它们会经历必要的能级跃迁，从而促进了冷却过程。
这一新进展有助于未来开发出极稳定的激光器和低噪声放大器，用于精密测量或量子实验。此外，优化工艺还可以推进无振动冷却，借助低温显微镜和伽马能谱，在材料分析和医疗诊断中发挥作用。
这种材料在纤维中也有潜在用途。未来，新工艺可用于开发高性能光纤激光器，克服热不稳定性的缺点。
值得注意的是，研究人员指出，新工艺代表着激光制冷方面的重大进步，但他们创造的冷却纪录并不代表固体激光制冷可能达到的最大值。
参考来源：财联社、科技日报、物理研究更新等
（中国粉体网编辑整理/星耀）
注：图片非商业用途，存在侵权请告知删除！
