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1、第26卷第10期2006年10月光学学报ACTAOPTICASINICAVol.26,No.10October,2006文章编号:02532239(2006)1015224Tm3+掺杂玻璃激光致冷新方案的理论分析*孙海生贾佑华印建平(华东师范大学物理系光谱学与波谱学教育部重点实验室,上海200062)摘要:提出了一种用于块状Tm3+掺杂玻璃ZBLANP(ZrF4BaF2LaF3NaFPbF2)激光致冷的新方案,即通过两组相互垂直的高反射率平面镜的多次反射,增加对抽运光的吸收,为了减少抽运光在样品表面入射时的反射损失,抽运光以布儒斯特角入射。重点就该方案的样品致冷温
2、度和时间常量进行了详细的理论计算与分析,从理论上分析了入射激光功率为1W时致冷功率和反射次数的关系,研究了不同入射激光功率下致冷温度和反射次数的关系。结果表明,入射激光功率分别为3W、4W、5W时,样品可以分别从室温(300K)被冷却到275.7K、267.4K、259.1K。特别是在入射激光功率为4.5W时,样品从室温开始被冷却到263.2K,即致冷后样品的温度下降了36.8K,比传统致冷方法提高了约53.3%,相应的致冷时间常量为22.7min。关键词:光学材料;固体材料的激光冷却;反斯托克斯荧光;多次反射中图分类号:O482.2;O482.31文献标识码:ATh
3、eoreticalAnalysisonNewSchemetoCoolTm3+DopedGlassSampleSunHaishengJiaYouhuaYinJianping(KeyLaboratoryforOpticalandMagneticResonanceSpectroscopy,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062)Abstract:AnewschemetorealizelasercoolingofblockyTm3+dopedglassZBLANP(ZrF4BaF2LaF3NaFPbF2)isproposed.Inth
4、isscheme,theabsorptionofpumpinglaserpowerisgreatlyenhancedbymultiplereflectionsbetweentwosetsofmirrorswithhighreflectance,andwiththeincidentangleofthepumpinglaserbeingBrewsterangle,thereflectionlossesonthetwoendfacesofthesamplearereducedtonearlyzero.Thecoolingtemperatureofthebulksamplea
5、nditscoolingtimeconstantinthisschemearecalculatedindetail,andtherelationshipbetweencoolingpowerandnumberofpasseswith1Wincidentlaserpowerandbetweensampletemperatureandnumberofpassesunderthedifferentincidentlaserpowerisstudied.Itisfoundthatthesampleiscooledfromambienttemperature(300K)to27
6、5.7K,267.4Kand259.1Kwhentheincidentlaserpowerare3W,4Wand5Wrespectively.Especially,whentheincidentlaserpoweris4.5W,thesampletemperatureisreducedto263.2K,namely,thesampletemperaturechangeis36.8K,whichis1.53timesofthatfromaconventionalscheme,andthecorrespondingcoolingtimeconstantisabout22.
7、7min.Keywords:opticalmaterials;lasercoolingofsolids;antiStokesfluorescence;multiplereflections1引言反斯托克斯荧光致冷(即激光致冷)是利用荧光辐射带走材料内部的能量以达到致冷的目的。近年来发展起来的该项激光致冷技术具有全光型、无机械振动、无电磁辐射、不受外界电磁辐射的影响和工作寿命长等特点,因而在许多领域中有着广阔的应用前景,特别是在遥控、遥测和空间技术等领域具有重要的应用[1,2]。国内对固体材料激光致冷的研究相对较晚,目前已有几个小组在进行这方面的工作
