中國粉體網(wǎng)訊  近日，來自德國弗勞恩霍夫應(yīng)用光學(xué)與精密工程研究所和美國新墨西哥大學(xué)的一個研究團(tuán)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(xué)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(yīng)用光學(xué)和精密工程研究所）

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)隊首次證明了摻鐿（Yb）石英玻璃可以通過激光冷卻。當(dāng)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(jié)果，研究團(tuán)隊實現(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。

據(jù)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(shù)原本主要用于原子物理學(xué)和量子光學(xué)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(dá)到極低的溫度。

而在石英玻璃這種固體材料上的應(yīng)用，則是一種新穎的嘗試和技術(shù)擴(kuò)展。通常情況下，固體材料因其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)相互作用，難以像氣體原子那樣直接進(jìn)行激光冷卻。

傳統(tǒng)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(xiàn)了材料的凈冷卻。這種現(xiàn)象不僅展示了光與物質(zhì)相互作用的獨(dú)特性，也為材料科學(xué)和光學(xué)冷卻技術(shù)帶來了新的理解和應(yīng)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(shù)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(qiáng)其與特定波長激光光的相互作用，這對冷卻過程至關(guān)重要，為利用反斯托克斯熒光提供了理想的平臺。當(dāng)這些鐿離子被大約1032納米波長的激光照射時，它們會經(jīng)歷必要的能級躍遷，從而促進(jìn)了冷卻過程。

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驗。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)。

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(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。

參考來源：財聯(lián)社、科技日報、物理研究更新等

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）

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