Mae Laser Gwydr Quartz yn Oeri i Gofnodi Maint

Mae tîm o ymchwilwyr o Sefydliad Fraunhofer ar gyfer Opteg Gymhwysol a Pheirianneg Fanwl yn yr Almaen a Phrifysgol New Mexico yn yr Unol Daleithiau wedi llwyddo i oeri gwydr cwarts gan 67 kelvins o dymheredd ystafell am y tro cyntaf trwy oeri laser. Adroddir canlyniadau'r ymchwil yn rhifyn diweddaraf y cyfnodolyn Optics Express.
Mae pobl fel arfer yn cysylltu laserau â gwresogi deunyddiau, megis torri, drilio, weldio, a pherfformio gwaith manwl gywir ar wrthrychau metel neu garreg. Ond mewn achosion penodol, gall deunyddiau hefyd gael eu hoeri gan ymbelydredd laser, megis oeri nwyon Doppler. Fodd bynnag, gall ymbelydredd laser oeri solidau hefyd.
Trwy gyfrwng oeri fflworoleuedd gwrth-Stokes fel y'i gelwir, daw'r effaith oer-gwres-groes hon yn bosibl. Yn y broses hon, mae deunydd purdeb uchel arbennig yn cael ei gyffroi gan ymbelydredd laser. Oherwydd y gwahaniaeth ynni rhwng y golau laser a'r ymbelydredd a allyrrir gan y deunydd (hy fflworoleuedd), mae'r laser yn tynnu egni o'r deunydd ar ffurf gwres ac mae'r deunydd yn cael ei oeri.
Am flynyddoedd, ystyriwyd bod oeri gwydr cwarts â laser yn amhosibl. Ond yn 2019, dangosodd y tîm am y tro cyntaf y gallai gwydr cwarts â dop ytterbium (Yb) gael ei oeri gan laser. Ar y pryd, dim ond 0.7 Kelvin y gellid ei oeri o dymheredd yr ystafell. I fynd y tu hwnt i'r terfyn oeri blaenorol, fe wnaethant optimeiddio'r broses o baratoi'r deunydd doped.
O ganlyniad, cyflawnodd y tîm oeri a dorrodd record: trwy belydru gwiail cwarts â dop ytterbium trwy laser â phŵer o 97 wat a thonfedd o 1,032 nanometr, gostyngwyd y tymheredd gan 67 Kelvin o dymheredd ystafell.
Gallai'r datblygiad newydd hwn gyfrannu at ddatblygiad laserau hynod sefydlog a mwyhaduron sŵn isel yn y dyfodol ar gyfer mesuriadau manwl gywir neu arbrofion cwantwm. Yn ogystal, gallai'r broses optimeiddio ddatblygu oeri di-ddirgryniad, a allai fod yn ddefnyddiol mewn dadansoddi deunyddiau a diagnosteg feddygol gyda chymorth microsgopeg cryogenig a sbectrosgopeg ynni gama.
Mae gan y deunydd hefyd ddefnyddiau posibl mewn ffibrau. Yn y dyfodol, gellid defnyddio'r broses newydd i ddatblygu laserau ffibr perfformiad uchel sy'n goresgyn anfantais ansefydlogrwydd thermol.