中國粉體網訊  近日，來自德國弗勞恩霍夫應用光學與精密工程研究所和美國新墨西哥大學的一個研究團隊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《光學快報》雜志上報道了這項研究成果。

激光激發(fā)的摻鐿石英玻璃棒（圖片來源：德國弗勞恩霍夫應用光學和精密工程研究所）

多年來，激光冷卻石英玻璃被認為是不可能的。但在2019年，該研究團隊首次證明了摻鐿（Yb）石英玻璃可以通過激光冷卻。當時，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。

結果，研究團隊實現了一種新的破紀錄的冷卻：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。

據了解，激光冷卻是一種利用激光將氣體溫度降低到接近絕對零度的方法，該技術原本主要用于原子物理學和量子光學研究中，通過精確控制激光與原子或離子的相互作用，使得原子或離子的動能減少，達到極低的溫度。

而在石英玻璃這種固體材料上的應用，則是一種新穎的嘗試和技術擴展。通常情況下，固體材料因其復雜的結構和強相互作用，難以像氣體原子那樣直接進行激光冷卻。

傳統的光吸收過程涉及電子吸收能量躍遷至更高的能態(tài)，隨后通過發(fā)射低能量（長波長）的光子而弛豫。而反斯托克斯熒光顛覆了這一過程：特定波長的激光精確激發(fā)原子，使其在弛豫時釋放出更高能量（短波長）的光子。這一過程有效地從材料中抽走熱量，實現了材料的凈冷卻。這種現象不僅展示了光與物質相互作用的獨特性，也為材料科學和光學冷卻技術帶來了新的理解和應用前景。

這項實驗的成功歸功于對材料的精心選擇和激光參數的優(yōu)化。摻鐿二氧化硅，通過在玻璃中摻入鐿離子，研究人員可以增強其與特定波長激光光的相互作用，這對冷卻過程至關重要，為利用反斯托克斯熒光提供了理想的平臺。當這些鐿離子被大約1032納米波長的激光照射時，它們會經歷必要的能級躍遷，從而促進了冷卻過程。

這一新進展有助于未來開發(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驗。此外，優(yōu)化工藝還可以推進無振動冷卻，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。

值得注意的是，研究人員指出，新工藝代表著激光制冷方面的重大進步，但他們創(chuàng)造的冷卻紀錄并不代表固體激光制冷可能達到的最大值。

參考來源：財聯社、科技日報、物理研究更新等

（中國粉體網編輯整理/星耀）

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