क्वार्ट्ज ग्लास लेजर परिमाण को रिकॉर्ड करने के लिए ठंडा होता है

जर्मनी में फ्रौनहोफर इंस्टीट्यूट फॉर एप्लाइड ऑप्टिक्स एंड प्रिसिजन इंजीनियरिंग और अमेरिका में न्यू मैक्सिको विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने पहली बार लेजर कूलिंग द्वारा क्वार्ट्ज ग्लास को कमरे के तापमान से 67 केल्विन तक ठंडा करने में सफलता हासिल की है। शोध के नतीजे ऑप्टिक्स एक्सप्रेस पत्रिका के नवीनतम अंक में बताए गए हैं।
लोग आमतौर पर लेजर को सामग्री को गर्म करने, जैसे काटने, ड्रिलिंग, वेल्डिंग और धातु या पत्थर की वस्तुओं पर सटीक काम करने से जोड़ते हैं। लेकिन विशिष्ट मामलों में, सामग्रियों को लेजर विकिरण द्वारा भी ठंडा किया जा सकता है, जैसे गैसों का डॉपलर शीतलन। हालाँकि, लेजर विकिरण ठोस पदार्थों को भी ठंडा कर सकता है।
तथाकथित एंटी-स्टोक्स प्रतिदीप्ति शीतलन के माध्यम से, यह ठंडा-गर्मी-विपरीत प्रभाव संभव हो जाता है। इस प्रक्रिया में, एक विशेष उच्च शुद्धता वाली सामग्री को लेजर विकिरण द्वारा उत्तेजित किया जाता है। लेजर प्रकाश और सामग्री द्वारा उत्सर्जित विकिरण (यानी प्रतिदीप्ति) के बीच ऊर्जा अंतर के कारण, लेजर गर्मी के रूप में सामग्री से ऊर्जा खींचता है और सामग्री ठंडा हो जाती है।
वर्षों तक, क्वार्ट्ज ग्लास की लेजर कूलिंग को असंभव माना जाता था। लेकिन 2019 में, टीम ने पहली बार प्रदर्शित किया कि येटरबियम (वाईबी)-डोप्ड क्वार्ट्ज ग्लास को लेजर द्वारा ठंडा किया जा सकता है। उस समय, इसे कमरे के तापमान से केवल 0.7 केल्विन तक ठंडा किया जा सकता था। पिछली शीतलन सीमा से आगे जाने के लिए, उन्होंने डोप की गई सामग्री की तैयारी प्रक्रिया को अनुकूलित किया।
परिणामस्वरूप, टीम ने एक नया रिकॉर्ड-ब्रेकिंग कूलिंग हासिल किया: 97 वाट की शक्ति और 1,032 नैनोमीटर की तरंग दैर्ध्य के साथ एक लेजर के माध्यम से येटरबियम-डॉप्ड क्वार्ट्ज छड़ें विकिरण करके, तापमान को कमरे के तापमान से 67 केल्विन कम कर दिया गया।
यह नई प्रगति सटीक माप या क्वांटम प्रयोगों के लिए बेहद स्थिर लेजर और कम शोर वाले एम्पलीफायरों के भविष्य के विकास में योगदान दे सकती है। इसके अलावा, अनुकूलित प्रक्रिया कंपन-मुक्त शीतलन को आगे बढ़ा सकती है, जो क्रायोजेनिक माइक्रोस्कोपी और गामा ऊर्जा स्पेक्ट्रोस्कोपी की मदद से सामग्री विश्लेषण और चिकित्सा निदान में उपयोगी हो सकती है।
इस सामग्री का फाइबर में भी संभावित उपयोग होता है। भविष्य में, नई प्रक्रिया का उपयोग उच्च-प्रदर्शन फाइबर लेजर विकसित करने के लिए किया जा सकता है जो थर्मल अस्थिरता के नुकसान को दूर करता है।