Kvarca stikla lāzers atdziest, lai reģistrētu lielumu

Pētnieku komandai no Fraunhofera Lietišķās optikas un precīzās inženierijas institūta Vācijā un Ņūmeksikas universitātes ASV pirmo reizi ir izdevies atdzesēt kvarca stiklu par 67 kelviniem no istabas temperatūras ar lāzera dzesēšanu. Pētījuma rezultāti ir publicēti žurnāla Optics Express jaunākajā numurā.
Cilvēkiem lāzeri parasti asociējas ar materiālu sildīšanu, piemēram, griešanu, urbšanu, metināšanu un precīzu darbu veikšanu pie metāla vai akmens priekšmetiem. Bet īpašos gadījumos materiālus var atdzesēt arī ar lāzera starojumu, piemēram, gāzu dzesēšanu ar Doplera metodi. Tomēr lāzera starojums var arī atdzesēt cietās vielas.
Izmantojot tā saukto anti-Stokes fluorescences dzesēšanu, šī aukstuma un karstuma pretēja iedarbība kļūst iespējama. Šajā procesā īpašs augstas tīrības materiāls tiek ierosināts ar lāzera starojumu. Sakarā ar enerģijas atšķirību starp lāzera gaismu un materiāla izstaroto starojumu (ti, fluorescenci), lāzers ņem enerģiju no materiāla siltuma veidā un materiāls tiek atdzesēts.
Gadiem ilgi kvarca stikla dzesēšana ar lāzeru tika uzskatīta par neiespējamu. Taču 2019. gadā komanda pirmo reizi pierādīja, ka ar iterbija (Yb) leģētu kvarca stiklu var atdzesēt ar lāzeru. Tolaik to varēja atdzesēt tikai par 0,7 kelviniem no istabas temperatūras. Lai pārsniegtu iepriekšējo dzesēšanas robežu, viņi optimizēja leģētā materiāla sagatavošanas procesu.
Rezultātā komanda panāca jaunu rekordlielu dzesēšanu: izstarojot iterbija leģētus kvarca stieņus caur lāzeru ar jaudu 97 vati un viļņa garumu 1032 nanometri, temperatūra tika pazemināta par 67 kelviniem no istabas temperatūras.
Šis jaunais sasniegums varētu veicināt īpaši stabilu lāzeru un zema trokšņa pastiprinātāju attīstību precīziem mērījumiem vai kvantu eksperimentiem. Turklāt optimizētais process varētu veicināt dzesēšanu bez vibrācijām, kas varētu būt noderīga materiālu analīzē un medicīniskajā diagnostikā ar kriogēnās mikroskopijas un gamma enerģijas spektroskopijas palīdzību.
Materiālu var izmantot arī šķiedrās. Nākotnē jauno procesu varētu izmantot, lai izstrādātu augstas veiktspējas šķiedru lāzerus, kas pārvarētu termiskās nestabilitātes trūkumu.