El láser de vidrio de cuarzo se enfría para registrar una magnitud

Un equipo de investigadores del Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión de Alemania y de la Universidad de Nuevo México (EE.UU.) logró por primera vez enfriar vidrio de cuarzo a 67 kelvin desde la temperatura ambiente mediante enfriamiento por láser. Los resultados de la investigación aparecen en el último número de la revista Optics Express.
La gente suele asociar los láseres con el calentamiento de materiales, como cortar, perforar, soldar y realizar trabajos de precisión en objetos de metal o piedra. Pero en casos especiales los materiales también pueden enfriarse mediante radiación láser, como por ejemplo el enfriamiento de gases mediante Doppler. Sin embargo, la radiación láser también puede enfriar sólidos.
Mediante el llamado enfriamiento por fluorescencia anti-Stokes se hace posible este efecto contrario frío-calor. En este proceso se excita un material especial de alta pureza mediante radiación láser. Debido a la diferencia de energía entre la luz láser y la radiación emitida por el material (es decir, fluorescencia), el láser extrae energía del material en forma de calor y el material se enfría.
Durante años se consideró imposible enfriar el vidrio de cuarzo con láser. Pero en 2019, el equipo demostró por primera vez que el vidrio de cuarzo dopado con iterbio (Yb) podía enfriarse mediante un láser. En aquel momento sólo se podía enfriar a 0,7 Kelvin de la temperatura ambiente. Para superar el límite de enfriamiento anterior, optimizaron el proceso de preparación del material dopado.
Como resultado, el equipo logró un nuevo enfriamiento récord: irradiando barras de cuarzo dopadas con iterbio a través de un láser con una potencia de 97 vatios y una longitud de onda de 1.032 nanómetros, la temperatura se redujo en 67 Kelvin con respecto a la temperatura ambiente.
Este nuevo avance podría contribuir al desarrollo futuro de láseres extremadamente estables y amplificadores de bajo ruido para mediciones de precisión o experimentos cuánticos. Además, el proceso optimizado podría avanzar en el enfriamiento sin vibraciones, lo que podría resultar útil en el análisis de materiales y el diagnóstico médico con la ayuda de la microscopía criogénica y la espectroscopia de energía gamma.
El material también tiene usos potenciales en fibras. En el futuro, el nuevo proceso podría utilizarse para desarrollar láseres de fibra de alto rendimiento que superen la desventaja de la inestabilidad térmica.