Pour la première fois, une équipe de chercheurs de l'Institut Fraunhofer d'optique appliquée et d'ingénierie de précision (IOF) et de l'Université du Nouveau-Mexique ont réussi à refroidir le verre de silice de 67 Kelvin grâce à un refroidissement laser optique. Les chercheurs d'Iéna et d'Albuquerque ont publié les résultats dans la revue Optics Express .
Découpe, perçage, soudage, on associe généralement la lumière laser à l'échauffement des matériaux, pour, par exemple, travailler avec précision sur des objets en métal ou en pierre. Mais dans des circonstances spécifiques, il est également possible de refroidir des matériaux par rayonnement avec la lumière laser, un effet connu pour le refroidissement Doppler des gaz. Cependant, le rayonnement laser peut également provoquer un refroidissement des solides.
Cet effet paradoxal devient possible grâce au refroidissement dit anti-fluorescence de Stokes. Dans ce processus, un matériau spécial de haute pureté est excité par un rayonnement lumineux laser. En raison de la différence d'énergie entre le laser d'excitation et le rayonnement émis par le matériau, c'est-à-dire la fluorescence, l'énergie est extraite du matériau sous forme de chaleur :il est refroidi.
Une équipe de recherche composée de chercheurs du Fraunhofer IOF et de l'Université du Nouveau-Mexique ont étudié le refroidissement laser du verre de silice dopé et ont réalisé un développement significatif dans leur article.
Pendant de nombreuses années, le refroidissement du verre de silice a été considéré comme impossible. Mais en 2019, des chercheurs d'Iéna et d'Albuquerque ont pu prouver pour la première fois le refroidissement laser du verre de silice dopé à l'ytterbium.
À l’époque, le refroidissement n’atteignait que 0,7 Kelvin par rapport à la température ambiante. Pour dépasser le précédent seuil de refroidissement, le procédé spécifique de fabrication du matériau dopé ainsi que sa composition exacte ont été optimisés. De plus, les lasers d'excitation utilisés pour les mesures effectuées par l'Université du Nouveau-Mexique ont été améliorés en étroite collaboration avec les chercheurs du Fraunhofer IOF.
Les chercheurs ont ainsi réussi à réaliser un nouveau refroidissement record :grâce au rayonnement d'une tige de silice dopée à l'ytterbium par un laser d'excitation d'une puissance de 97 watts et d'une longueur d'onde de 1 032 nanomètres, les chercheurs ont pu prouver un réduction de la température par rapport à la température ambiante de 67 Kelvin en deux minutes.
Grâce à ce nouveau développement, de nouveaux lasers extrêmement stables et des amplificateurs à faible bruit pour la métrologie de précision ou les expériences quantiques pourront être développés à l'avenir. De plus, le processus optimisé peut faire progresser le refroidissement sans vibrations et ouvrir ainsi de nouveaux potentiels d'application dans l'analyse des matériaux et les diagnostics médicaux grâce à la cryomicroscopie et à la spectroscopie gamma.
L’utilisation potentielle du matériau dans les fibres est particulièrement intéressante. À l'avenir, le nouveau procédé pourrait être utilisé pour développer des lasers à fibre haute performance qui n'auront pas à faire face aux effets limitants de l'instabilité thermique.
Le nouveau procédé représente une avancée significative dans le refroidissement laser et, selon les considérations théoriques des experts, ne permet pas encore la plus grande réduction de température possible grâce à la lumière laser.
Plus d'informations : Brian Topper et al, Refroidissement laser de la silice dopée à l'ytterbium à 67 K à partir de la température ambiante, Optics Express (2023). DOI :10.1364/OE.507657
Informations sur le journal : Optique Express
Fourni par Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF
