来自德国弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所和美国新墨西哥大学的一个研究团队首次通过激光制冷方式，成功地将石英玻璃从室温冷却了67开尔文。最新一期《光学快报》杂志上报道了这项研究成果。
激光激发的掺镱石英玻璃棒。
图片来源：德国弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所
人们通常将激光与材料加热联系在一起，如切割、钻孔、焊接，在金属或石制物体上进行精确加工。但在特定情况下，也可以通过激光辐射来冷却材料，如气体的多普勒冷却。然而，激光辐射也能使固体冷却。
通过所谓的反斯托克斯荧光冷却，这种冷热相悖的效应成为可能。在该过程中，通过激光辐射激发一种特殊的高纯度材料，由于激光和材料发出的辐射(即荧光)之间存在能量差异，激光会以热的形式从材料中吸取能量，于是材料被冷却。
多年来，激光冷却石英玻璃被认为是不可能的。但在2019年，该研究团队首次证明了掺镱(Yb)石英玻璃可以通过激光冷却。当时，只能从室温冷却0.7开尔文。为了超越先前的冷却限值，他们优化了掺杂材料的制备工艺。
结果，研究团队实现了一种新的破纪录的冷却：通过功率为97瓦、波长为1032纳米的激光辐射掺镱石英棒，使温度从室温降低了67开尔文。
这一新进展有助于未来开发出极稳定的激光器和低噪声放大器，用于精密测量或量子实验。此外，优化工艺还可以推进无振动冷却，借助低温显微镜和伽马能谱，在材料分析和医疗诊断中发挥作用。
这种材料在纤维中也有潜在用途。未来，新工艺可用于开发高性能光纤激光器，克服热不稳定性的缺点。
研究人员指出，新工艺代表着激光制冷方面的重大进步，但他们创造的冷却纪录并不代表固体激光制冷可能达到的最大值。
(责任编辑：韩梦晨)
