Лазерът от кварцово стъкло охлажда, за да записва магнитуд

Екип от изследователи от института Fraunhofer за приложна оптика и прецизно инженерство в Германия и Университета на Ню Мексико в САЩ успяха да охладят кварцово стъкло с 67 келвина от стайна температура за първи път чрез лазерно охлаждане. Резултатите от изследването са докладвани в последния брой на списанието Optics Express.
Хората обикновено свързват лазерите с нагряването на материали, като рязане, пробиване, заваряване и извършване на прецизна работа върху метални или каменни предмети. Но в специфични случаи материалите могат да се охлаждат и чрез лазерно лъчение, като например доплерово охлаждане на газове. Въпреки това, лазерното лъчение може също да охлажда твърди тела.
Чрез така нареченото анти-Стоксово флуоресцентно охлаждане става възможен този обратен ефект на студено-топлино. В този процес специален материал с висока чистота се възбужда от лазерно лъчение. Поради разликата в енергията между лазерната светлина и радиацията, излъчвана от материала (т.е. флуоресценция), лазерът извлича енергия от материала под формата на топлина и материалът се охлажда.
Години наред лазерното охлаждане на кварцово стъкло се смяташе за невъзможно. Но през 2019 екипът демонстрира за първи път, че легирано с итербий (Yb) кварцово стъкло може да бъде охладено с лазер. По онова време той можеше да се охлади само с 0,7 Келвина от стайна температура. За да надхвърлят предишната граница на охлаждане, те оптимизираха процеса на подготовка на легирания материал.
В резултат на това екипът постигна ново рекордно охлаждане: чрез излъчване на легирани с итербий кварцови пръчки през лазер с мощност от 97 вата и дължина на вълната от 1032 нанометра, температурата беше понижена с 67 Келвина от стайна температура.
Този нов напредък може да допринесе за бъдещото развитие на изключително стабилни лазери и нискошумни усилватели за прецизни измервания или квантови експерименти. В допълнение, оптимизираният процес може да усъвършенства охлаждането без вибрации, което може да бъде полезно при анализ на материали и медицинска диагностика с помощта на криогенна микроскопия и спектроскопия на гама енергия.
Материалът също има потенциални приложения във влакна. В бъдеще новият процес може да се използва за разработване на високоефективни влакнести лазери, които преодоляват недостатъка на термичната нестабилност.