El làser de vidre de quars es refreda per registrar la magnitud

Un equip d'investigadors de l'Institut Fraunhofer d'Òptica Aplicada i Enginyeria de Precisió a Alemanya i la Universitat de Nou Mèxic als Estats Units ha aconseguit refredar el vidre de quars en 67 kelvins des de la temperatura ambient per primera vegada mitjançant un refredament làser. Els resultats de la investigació es publiquen a l'últim número de la revista Optics Express.
Les persones solen associar els làsers amb l'escalfament de materials, com ara tallar, perforar, soldar i realitzar treballs de precisió en objectes metàl·lics o de pedra. Però en casos concrets, els materials també es poden refredar per radiació làser, com el refredament Doppler de gasos. Tanmateix, la radiació làser també pot refredar sòlids.
Mitjançant l'anomenat refredament de fluorescència anti-Stokes, es fa possible aquest efecte contrari de fred-calor. En aquest procés, la radiació làser excita un material especial d'alta puresa. A causa de la diferència d'energia entre la llum làser i la radiació emesa pel material (és a dir, la fluorescència), el làser extreu energia del material en forma de calor i el material es refreda.
Durant anys, el refredament làser del vidre de quars es va considerar impossible. Però el 2019, l'equip va demostrar per primera vegada que el vidre de quars dopat amb iterbi (Yb) es podia refredar amb un làser. Aleshores, només es podia refredar 0,7 Kelvin des de la temperatura ambient. Per superar el límit de refrigeració anterior, van optimitzar el procés de preparació del material dopat.
Com a resultat, l'equip va aconseguir un nou refredament rècord: radiant barres de quars dopades amb iterbi a través d'un làser amb una potència de 97 watts i una longitud d'ona de 1.032 nanòmetres, la temperatura es va reduir en 67 Kelvin de la temperatura ambient.
Aquest nou avenç podria contribuir al desenvolupament futur de làsers extremadament estables i amplificadors de baix soroll per a mesures de precisió o experiments quàntics. A més, el procés optimitzat podria avançar en el refredament sense vibracions, que podria ser útil en l'anàlisi de materials i el diagnòstic mèdic amb l'ajuda de la microscòpia criogènica i l'espectroscòpia d'energia gamma.
El material també té usos potencials en fibres. En el futur, el nou procés es podria utilitzar per desenvolupar làsers de fibra d'alt rendiment que superin el desavantatge de la inestabilitat tèrmica.