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西班牙科学家利用激光来制造微型冷却装置 |
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| http://cn.newmaker.com
8/10/2006 12:15:00 PM
佳工机电网
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激光可将固体加热，但如果照在适当的材料上，却会有冷却的效果。西班牙科学家最近发现，以激光照射两种含有铒(erbium)元素的材料，会有降温的效果。其它研究人员也在不同的元素上观察到类似的效应，但铒所需的波长与功率可由普通的激光二极管提供，意味着该技术或许能用来制作电子及其它高科技装置所需的微型冷却装置。
1950年，巴黎高等师范的Alfred Kastler最先提议经由反史托克放射(Anti-Stokes emission)过程来冷却掺有稀土族离子的固体。反史托克放射是指材料放射的能量多于吸收的能量，其关键步骤在于照射在材料上的光子，能量要稍低于将原子激发至较高能阶所需的能量，不足的部份则由原子随机运动的热能来补足。原子同时吸收光子与热振动(即声子)而进入激发态，接着放射萤光而着损失能量，于是材料得以冷却。
科学家曾以激光将含稀土族元素镱(Ytterbium)及铥(thulium)的材料，降温了85°C，但铒一直是科学家感兴趣的对象，因为它能以光通讯用的1.5微米波长小功率激光加以激发。只是相比其它两种元素，铒的能阶结构较复杂，因此一些科学家不认为能找到适当的材料来让铒发挥作用。
最近巴斯克大学的Garcia-Adeva等人成功地用激光冷却掺铒的五氯化钾铅晶体及玻璃(重金属氟氯化物)。他们除去上述材料的杂质，以避免光散射所产生的加热效应，确保材料精确调控的声子能量，再将激光聚焦于样本，并以红外线相机探测温度分布，测得的平均降温为晶体0.7°C，玻璃0.5°C。Garcia-Adeva表示，这项结果验证了材料可被激光冷却的概念，而通过不同组合的最佳化，应可获得更大的温差。
这类可被激光冷却的材料将有助于实现低温、高效率的光学冷却器，应用在一些探测器如红外线照相机上，以达到一般热电冷却装置所不能提供的温度；激光冷却材料的薄膜也可以应用在计算机芯片中协助散热，使芯片运作得更快更稳定。此外，此研究也可能衍生出新的光纤材料，使人们在放大光信号的同时冷却光纤。
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