ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Ионы редких земель из "Лазерное охлаждение твердых тел " В 1961 году на второй международной конференции по квантовой электронике С. Ятсив [88] впервые представил рассмотрение цикла охлаждения, изображённый на рис. 1.7. Он рассмотрел две группы энергетических уровней, среди которых одна или сразу обе имеют подуровни. Расстояние между подуровнями составляло энергетическую щель порядка кТ, а сами группы отделены друг от друга значительной энергетической щелью. Заметим, что при низких температурах величина расщепления между подуровнями может подстраиваться внешним магнитным полем. В сообщении указывалось, что необходима щель между возбуждённым и основным состояниями размером не менее 10000 см поскольку это весьма удобно как с точки зрения накачки, так и для уменьшения вероятности безызлучательной релаксации между группами подуровней. Чтобы возбуждать отдельные переходы с верхнего подуровня группы основного состояния на нижний подуровень группы возбуждённого состояния, необходим узкополосный источник излучения таким образом, стоксовая эмиссия будет исключена. С. Ятсив предложил три типа оптической накачки для реализации такого эксперимента (1) мощная дуговая лампа, свет которой пропускается через монохроматор (2) предварительно возбуждённый лампой-вспышкой идентичный охлаждаемому образцу кристалл, флуоресценция которого, проходя через фильтр, будет иметь в спектре лишь длинноволновую часть (3) подходящий оптический мазер. [c.57] Вообще, первая попытка по лазерному охлаждению твердотельного образца, активированного редкоземельными ионами была сделана в 1968 году исследователями из Бел л-лаборатории [46]. Их выбор пал на кристалл иттрий-алюминиевого граната YAG, легированный трёхвалентным неодимом с концентрацией в один весовой процент. Причиной такого выбора явилось то обстоятельство, что этот материал может быть использован как в качестве образца для охлаждения, так и как кристалл, который служит для получения излучения накачки. В этом эксперименте как лазерный, так и охлаждаемый кристалл были помещены вместе в оптическую кювету. Размеры образца составляли 0,254 см в диаметре и 5,08 см в длину кристалл поддерживался тремя иглами в специально сконструированной для этого ячейке. На внутренние стенки этой ячейки был нанесён тонкий золотой слой, по-видимому, для того, чтобы перераспределять рассеянное излучение накачки обратно в образец, несмотря на то, что такая техника обладает серьёзным недостатком, так как приводит к перепоглощению излучения собственной флуоресценции. Образец облучался светом с длиной волны 1,064 мкм, изменения температуры определялись посредством присоединённой термопары и сравнивались в температурой такого же, но не легированного никакими примесями стержня YAG. [c.58] В этом эксперименте исследователи ожидали получить для величины скорости объёмного охлаждения значение П2 охл/ г, где П2 — плотность населённости возбуждённого состояния, т — время флуоресцентного распада и средняя энергия фононов. Предполагая термическое равновесие между излучающими состояниями и пренебрегая скоростями внутренних безызлучательных переходов, можно оценить величину Еохл/h . Для этого нужно найти соответствующую сумму всевозможных разностей энергий между подуровнями верхнего и нижнего состояний. Полученное значение составило 90 см . При накачке мощностью 100 Вт ожидаемое уменьшение температуры образца для вакуума равнялось 8,4 градуса, считая от комнатной, а для образца в окружении воздушной среды составило 2,1 градуса. Описанный выше эксперимент показал ожидаемую временную зависимость температуры образца, но охлаждение так и не было достигнуто. Вместо этого, наблюдалось лишь уменьшение нагрева результирующая стационарная температура оказалась на 0,6 К меньше, чем температура чистого кристалла в полости с мощностью излучения 100 Вт. [c.58] После этих неудач, вплоть до 1995 года не предпринималось экспериментальных попыток по антисктоксовому лазерному охлаждению твёрдых тел. Краткое описание этого эксперимента мы проведём в гл. 3. [c.59] Вернуться к основной статье