石英ガラスレーザーを冷却して等級を記録

ドイツのフラウンホーファー応用光学精密工学研究所と米国のニューメキシコ大学の研究チームは、レーザー冷却によって石英ガラスを室温から67ケルビン冷却することに初めて成功した。 研究結果は、Optics Express 誌の最新号で報告されています。
通常、レーザーというと、切断、穴あけ、溶接、金属や石の物体の精密作業など、材料の加熱を連想します。 ただし、特定の場合には、ガスのドップラー冷却など、レーザー放射によって材料を冷却することもできます。 ただし、レーザー放射は固体を冷却することもあります。
いわゆる反ストークス蛍光冷却によって、この冷熱逆効果が可能になります。 このプロセスでは、特別な高純度の材料がレーザー照射によって励起されます。 レーザー光と材料から放出される放射線（つまり蛍光）とのエネルギー差により、レーザーは材料から熱の形でエネルギーを引き出し、材料は冷却されます。
長年にわたり、石英ガラスのレーザー冷却は不可能だと考えられていました。 しかし2019年、チームはイッテルビウム（Yb）ドープ石英ガラスがレーザーで冷却できることを初めて実証した。 当時は室温から0.7ケルビンまでしか冷却できませんでした。 以前の冷却限界を超えるために、ドープされた材料の準備プロセスを最適化しました。
その結果、チームは新たな記録を破る冷却を達成した。出力97ワット、波長1,032ナノメートルのレーザーを通してイッテルビウムをドープした石英ロッドを照射することにより、温度が室温から67ケルビン低下した。
この新たな進歩は、精密測定や量子実験用の極めて安定したレーザーや低ノイズ増幅器の将来の開発に貢献する可能性があります。 さらに、最適化されたプロセスにより無振動冷却が進歩する可能性があり、これは極低温顕微鏡やガンマエネルギー分光法の助けを借りて材料分析や医療診断に役立つ可能性があります。
この材料は繊維にも使用できる可能性があります。 将来的には、この新しいプロセスを使用して、熱不安定性の欠点を克服する高性能ファイバーレーザーを開発できる可能性があります。