لیزر شیشه کوارتز برای ثبت قدر خنک می شود

تیمی از محققان موسسه Fraunhofer برای اپتیک کاربردی و مهندسی دقیق در آلمان و دانشگاه نیومکزیکو در ایالات متحده موفق شدند شیشه کوارتز را با دمای 67 کلوین از دمای اتاق برای اولین بار توسط خنک کننده لیزری خنک کنند. نتایج تحقیق در آخرین شماره مجله Optics Express گزارش شده است.
مردم معمولاً لیزر را با گرم کردن مواد مانند برش، سوراخکاری، جوشکاری و انجام کارهای دقیق روی اجسام فلزی یا سنگی مرتبط می‌دانند. اما در موارد خاص، مواد را می توان با تابش لیزر نیز خنک کرد، مانند خنک کردن گازها با داپلر. با این حال، تابش لیزر می تواند جامدات را نیز خنک کند.
با استفاده از خنک کننده فلورسانس به اصطلاح ضد استوکس، این اثر بر خلاف گرما سرد امکان پذیر می شود. در این فرآیند، یک ماده خاص با خلوص بالا توسط تابش لیزر برانگیخته می شود. به دلیل تفاوت انرژی بین نور لیزر و تابش ساطع شده از ماده (یعنی فلورسانس)، لیزر انرژی را از ماده به صورت گرما می گیرد و مواد خنک می شود.
برای سال ها، خنک کردن لیزر شیشه کوارتز غیرممکن تلقی می شد. اما در 2{2}}19، تیم برای اولین بار نشان داد که شیشه کوارتز آغشته به ایتربیوم (Yb) می تواند توسط لیزر خنک شود. در آن زمان، تنها 0.7 کلوین از دمای اتاق خنک می شد. برای فراتر از حد خنک کننده قبلی، آنها فرآیند آماده سازی مواد دوپ شده را بهینه کردند.
در نتیجه، تیم به خنک‌سازی رکوردشکنی جدیدی دست یافت: با تابش میله‌های کوارتز آغشته به ایتربیوم از طریق لیزری با توان 97 وات و طول موج 1032 نانومتر، دما 67 کلوین نسبت به دمای اتاق کاهش یافت.
این پیشرفت جدید می تواند به توسعه آینده لیزرهای بسیار پایدار و تقویت کننده های کم نویز برای اندازه گیری های دقیق یا آزمایش های کوانتومی کمک کند. علاوه بر این، فرآیند بهینه‌سازی شده می‌تواند خنک‌سازی بدون لرزش را پیش ببرد که می‌تواند در تجزیه و تحلیل مواد و تشخیص پزشکی با کمک میکروسکوپ برودتی و طیف‌سنجی انرژی گاما مفید باشد.
این ماده همچنین کاربردهای بالقوه ای در الیاف دارد. در آینده، فرآیند جدید می تواند برای توسعه لیزرهای فیبر با کارایی بالا که بر ضرر ناپایداری حرارتی غلبه کند، استفاده شود.