Por primera vez, un equipo de investigadores del Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión (IOF) y la Universidad de Nuevo México han logrado enfriar el vidrio de sílice en 67 Kelvin mediante enfriamiento por láser óptico. Los investigadores de Jena y Albuquerque publicaron los resultados en la revista Optics Express. .
Cortar, taladrar, soldar:normalmente asociamos la luz láser con el calentamiento de materiales, para, por ejemplo, trabajar con precisión objetos de metal o piedra. Pero en circunstancias específicas, también es posible enfriar materiales mediante radiación con luz láser, un efecto conocido por el enfriamiento Doppler de gases. Sin embargo, la radiación láser también puede provocar el enfriamiento de los sólidos.
Este efecto paradójico es posible gracias al llamado enfriamiento por fluorescencia anti-Stokes. En este proceso se excita un material especial de alta pureza mediante radiación de luz láser. Debido a la diferencia de energía entre el láser de excitación y la radiación emitida por el material, es decir, la fluorescencia, la energía se extrae del material en forma de calor y se enfría.
Un equipo de investigación formado por investigadores de Fraunhofer IOF y la Universidad de Nuevo México ha estudiado el enfriamiento por láser de vidrio de sílice dopado y ha logrado un avance significativo en su artículo.
Durante muchos años, el enfriamiento del vidrio de sílice se consideró imposible. Pero en 2019, investigadores de Jena y Albuquerque pudieron probar por primera vez el enfriamiento por láser de vidrio de sílice dopado con iterbio.
En aquel entonces, el enfriamiento sólo alcanzaba los 0,7 Kelvin con respecto a la temperatura ambiente. Para superar el umbral de enfriamiento anterior, se optimizó el proceso específico de fabricación del material dopado, así como su composición exacta. Además, los láseres de excitación utilizados para las mediciones realizadas por la Universidad de Nuevo México se mejoraron en estrecha colaboración con investigadores de Fraunhofer IOF.
Como resultado, los investigadores han logrado un nuevo enfriamiento récord:mediante la radiación de una barra de sílice dopada con iterbio mediante un láser de excitación con una potencia de 97 vatios y una longitud de onda de 1.032 nanómetros, los investigadores pudieron demostrar una Reducción de la temperatura respecto a la temperatura ambiente de 67 Kelvin en dos minutos.
Gracias a este nuevo desarrollo, en el futuro se podrán desarrollar láseres novedosos y extremadamente estables y amplificadores de bajo ruido para metrología de precisión o experimentos cuánticos. Además, el proceso optimizado puede avanzar en el enfriamiento sin vibraciones y, por lo tanto, abrir nuevos potenciales para su aplicación en el análisis de materiales y el diagnóstico médico mediante criomicroscopía y espectroscopia gamma.
Es particularmente interesante el uso potencial del material en fibras. En el futuro, el nuevo proceso podría utilizarse para desarrollar láseres de fibra de alto rendimiento que no tengan que lidiar con los efectos limitantes de la inestabilidad térmica.
El nuevo proceso representa un avance significativo en el enfriamiento por láser y, según las consideraciones teóricas de los expertos, aún no marca la mayor reducción de temperatura posible utilizando luz láser.
Más información: Brian Topper et al, Enfriamiento por láser de sílice dopada con iterbio a 67 K desde la temperatura ambiente, Optics Express (2023). DOI:10.1364/OE.507657
Información de la revista: Óptica Express
Proporcionado por Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
