多年來，用激光冷卻二氧化硅玻璃被認為是不可能的。然而在2019年，研究人員首次證明了摻鐿二氧化硅玻璃的激光冷卻。但當時，冷卻效率非常低，玻璃只比室溫降低了0.7開爾文。最近發表在《Optica》上的一項研究，展示了通過激光誘導的反斯托克斯熒光技術，在摻雜鐿的二氧化硅中實現了67開爾文的顯著溫度降低。

傳統的光吸收過程涉及電子吸收能量躍遷至更高的能態，隨后通過發射低能量（長波長）的光子而弛豫。而反斯托克斯熒光顛覆了這一過程：特定波長的激光精確激發原子，使其在弛豫時釋放出更高能量（短波長）的光子。這一過程有效地從材料中抽走熱量，實現了材料的凈冷卻。這種現象不僅展示了光與物質相互作用的獨特性，也為材料科學和光學冷卻技術帶來了新的理解和應用前景。

這項實驗的成功歸功于對材料的精心選擇和激光參數的優化。摻鐿二氧化硅，通過在玻璃中摻入鐿離子，研究人員可以增強其與特定波長激光光的相互作用，這對冷卻過程至關重要，為利用反斯托克斯熒光提供了理想的平臺。當這些鐿離子被大約1032納米波長的激光照射時，它們會經歷必要的能級躍遷，從而促進了冷卻過程。

實驗團隊不僅精確控制了激光的功率（大約100瓦）以精確泵浦鐿離子，還采用了先進的溫度測量技術來監控冷卻效果。這些集中的努力導致了一個顯著的成果：激光成功地將摻鐿二氧化硅棒的溫度從室溫（約300K）下降了67開爾文，達到了約229 K的最終溫度。這一成就不僅超越了以往對類似材料進行激光冷卻的記錄，也為未來的研究和應用奠定了堅實的基礎。

這一成就的影響是巨大的，無需物理接觸即可使用激光光冷卻材料的能力，為高精度測量設備、前沿量子技術和先進光通信系統的發展提供了新的可能性，其中熱穩定性至關重要。

• 增強精密儀器： 通過冷卻激光器和探測器等關鍵部件，該技術有可能通過實現前所未有的靈敏度和穩定性來徹底改變科學實驗。

• 量子技術： 激光冷卻在操縱量子比特方面起著至關重要的作用。這項研究為更高效和更無錯誤的量子計算機操作鋪平了道路。

• 優化光纖： 冷卻光纖可以顯著降低信號損耗，導致更快、更可靠的數據傳輸網絡。

此外，激光冷卻摻雜鐿的硅酸鹽的優化過程為無振動冷卻開辟了新的可能性。這可能會在材料分析和醫學診斷中引起革命，特別是在冷凍顯微鏡和伽馬光譜學中，無接觸控制溫度是有益的。

雖然激光冷卻技術已經取得了顯著的進步，但仍面臨一些挑戰。未來的研究將集中在將冷卻過程應用于更大尺寸的物體上，并且努力延長冷卻效果的持續時間。此外，為了實現這項技術在更多領域的應用，開發出適用于不同類型材料的激光冷卻方法也至關重要。這些努力將進一步推動激光冷卻技術的發展，并擴大其在科學和工業中的應用前景。