Kremenný sklenený laser sa ochladzuje a zaznamenáva magnitúdu

Tímu výskumníkov z Fraunhoferovho inštitútu pre aplikovanú optiku a presné inžinierstvo v Nemecku a Univerzity v Novom Mexiku v USA sa po prvý raz podarilo pomocou laserového chladenia ochladiť kremenné sklo o 67 kelvinov z izbovej teploty. Výsledky výskumu sú uvedené v najnovšom čísle časopisu Optics Express.
Ľudia si laser zvyčajne spájajú s ohrevom materiálov, ako je rezanie, vŕtanie, zváranie a vykonávanie precíznych prác na kovových alebo kamenných predmetoch. Ale v špecifických prípadoch môžu byť materiály chladené aj laserovým žiarením, napríklad Dopplerovým chladením plynov. Laserové žiarenie však môže ochladzovať aj pevné látky.
Pomocou takzvaného anti-Stokesovho fluorescenčného chladenia je možný tento opačný efekt chlad-teplo. Pri tomto procese je špeciálny vysoko čistý materiál excitovaný laserovým žiarením. V dôsledku energetického rozdielu medzi laserovým svetlom a žiarením vyžarovaným materiálom (t. j. fluorescenciou) laser odoberá energiu z materiálu vo forme tepla a materiál sa ochladzuje.
Celé roky sa laserové chladenie kremenného skla považovalo za nemožné. Ale v roku 2019 tím prvýkrát ukázal, že kremenné sklo dopované yterbiom (Yb) je možné chladiť laserom. V tom čase sa dal ochladiť len o 0,7 Kelvina z izbovej teploty. Aby prekročili predchádzajúci limit chladenia, optimalizovali proces prípravy dopovaného materiálu.
V dôsledku toho tím dosiahol nové rekordné chladenie: vyžarovaním kremenných tyčí dopovaných ytterbiom cez laser s výkonom 97 wattov a vlnovou dĺžkou 1 032 nanometrov sa teplota znížila o 67 Kelvinov oproti izbovej teplote.
Tento nový pokrok by mohol prispieť k budúcemu vývoju extrémne stabilných laserov a nízkošumových zosilňovačov pre presné merania alebo kvantové experimenty. Okrem toho by optimalizovaný proces mohol podporiť chladenie bez vibrácií, ktoré by mohlo byť užitočné pri analýze materiálov a lekárskej diagnostike pomocou kryogénnej mikroskopie a spektroskopie gama energie.
Materiál má tiež potenciálne využitie vo vláknach. V budúcnosti by sa nový proces mohol použiť na vývoj vysokovýkonných vláknových laserov, ktoré prekonajú nevýhodu tepelnej nestability.