Холодный свет: ученые установили рекорд лазерного охлаждения

В новом исследовании, опубликованном в журнале Optics Express , ученые из Фраунгоферовского института прикладной оптики и точной механики IOF и Университета Нью-Мексико добились прорыва в области лазерного охлаждения, снизив температуру кремнеземного стекла на рекордные 67 Кельвинов с помощью оптического лазерного охлаждения. Этот результат стал возможен благодаря использованию допированного кремнезема, облучаемого лазером с мощностью 97 ватт и длиной волны 1032 нанометра, что позволило за две минуты охладить материал от комнатной температуры.

Ранее, в 2019 году, те же исследователи уже доказали возможность лазерного охлаждения допированного иттербием кремнеземного стекла, но тогда удалось понизить температуру всего на 0,7 Кельвина. Новое достижение стало возможным благодаря оптимизации процесса производства допированного материала и улучшению характеристик возбуждающих лазеров, работа над которыми велась совместно учеными из Фраунгоферовского института и Университета Нью-Мексико.

Лазерное охлаждение, казавшееся парадоксальным эффектом, основано на так называемом анти-Стоксовом флуоресцентном охлаждении. В этом процессе материал, облучаемый лазерным светом, излучает флуоресценцию с большей энергией, чем поглощенная, что приводит к выделению энергии в форме тепла из материала и его охлаждению.

Прорыв в области лазерного охлаждения открывает новые возможности для создания устойчивых к температурным колебаниям лазеров и низкошумных усилителей, которые могут найти применение в точной метрологии и квантовых экспериментах. Кроме того, оптимизированный процесс обещает новые перспективы в материаловедении и медицинской диагностике за счет безвибрационного охлаждения, что может быть использовано в криомикроскопии и гамма-спектроскопии.

Особый интерес представляет применение данной технологии в производстве волоконных лазеров нового поколения, которые будут свободны от ограничений, связанных с тепловой нестабильностью. Эксперты считают, что достигнутый прогресс в лазерном охлаждении не является пределом и теоретически возможное снижение температуры с использованием лазерного света еще не достигнуто.