Laser thủy tinh thạch anh nguội đi để ghi lại cường độ

Một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Quang học Ứng dụng và Kỹ thuật Chính xác Fraunhofer ở Đức và Đại học New Mexico ở Mỹ lần đầu tiên đã thành công trong việc làm mát thủy tinh thạch anh xuống 67 kelvins từ nhiệt độ phòng bằng cách làm mát bằng laser. Kết quả nghiên cứu được báo cáo trên số mới nhất của tạp chí Optics Express.
Mọi người thường liên tưởng đến tia laser với việc đốt nóng vật liệu, chẳng hạn như cắt, khoan, hàn và thực hiện các công việc chính xác trên các vật thể bằng kim loại hoặc đá. Nhưng trong những trường hợp cụ thể, vật liệu cũng có thể được làm mát bằng bức xạ laser, chẳng hạn như làm mát chất khí Doppler. Tuy nhiên, bức xạ laser cũng có thể làm mát chất rắn.
Bằng phương pháp làm mát bằng huỳnh quang chống Stokes, hiệu ứng trái ngược nhiệt-lạnh này trở nên khả thi. Trong quá trình này, một vật liệu đặc biệt có độ tinh khiết cao được kích thích bằng bức xạ laser. Do sự chênh lệch năng lượng giữa ánh sáng laser và bức xạ phát ra từ vật liệu (tức là huỳnh quang), tia laser lấy năng lượng từ vật liệu dưới dạng nhiệt và vật liệu được làm lạnh.
Trong nhiều năm, việc làm mát thủy tinh thạch anh bằng laser được coi là không thể. Nhưng vào năm 2{2}}19, lần đầu tiên đội nghiên cứu đã chứng minh được rằng thủy tinh thạch anh pha tạp ytterbium (Yb) có thể được làm lạnh bằng tia laze. Vào thời điểm đó, nó chỉ có thể được làm mát bằng 0,7 Kelvin từ nhiệt độ phòng. Để vượt qua giới hạn làm mát trước đó, họ đã tối ưu hóa quá trình chuẩn bị vật liệu pha tạp.
Kết quả là nhóm nghiên cứu đã đạt được phương pháp làm mát phá kỷ lục mới: bằng cách chiếu các thanh thạch anh pha tạp ytterbium qua một tia laser có công suất 97 watt và bước sóng 1.032 nanomet, nhiệt độ đã giảm xuống 67 Kelvin so với nhiệt độ phòng.
Tiến bộ mới này có thể góp phần vào sự phát triển trong tương lai của các loại laser cực kỳ ổn định và các bộ khuếch đại nhiễu thấp cho các phép đo chính xác hoặc các thí nghiệm lượng tử. Ngoài ra, quy trình được tối ưu hóa có thể nâng cao khả năng làm mát không rung, có thể hữu ích trong phân tích vật liệu và chẩn đoán y tế với sự trợ giúp của kính hiển vi đông lạnh và quang phổ năng lượng gamma.
Vật liệu này cũng có những ứng dụng tiềm năng trong sợi. Trong tương lai, quy trình mới có thể được sử dụng để phát triển laser sợi quang hiệu suất cao khắc phục nhược điểm mất ổn định nhiệt.