作者：Valerie C. Coffey

    眾(zhong) 所周知，激光可以應用於(yu) 金屬切割等工業(ye) 應用，或具有作為(wei) 防禦武器的潛力：它們(men) 使人們(men) 想起強大的、可見的、灼熱的光束。激光與(yu) 冷卻似乎是相反的兩(liang) 個(ge) 方向。但是多特蒙德工業(ye) 大學和波鴻魯爾大學的研究人員已經朝著改變這種觀念邁出了第一步，他們(men) 使用激光冷卻半導體(ti) 材料。[1]在該過程中，他們(men) 仔細選擇激光束的波長，通過光致發光上轉換，被輻照的材料將它的一些能量讓渡給激光束。激光束中的光子吸收材料中粒子（光子）的一些振動能量，使目標的溫度降低。雖然這種冷卻效應已經對原子蒸氣和凝聚態物質，例如染料溶液和玻璃，進行了廣泛的測試，但其對另一類凝聚態物質——半導體(ti) 材料的有效性仍未得到證實。

    在詳細的實驗研究中，Soheyla Eshlaghi和同事們(men) 測試了樣品溫度從(cong) 液氮到室溫下的寬範圍內(nei) ，激光導致的半導體(ti) 量子阱的光致發光冷卻是如何變化的。研究中使用的樣品具有厚度從(cong) 2.8~39.3nm的未摻雜砷化镓（GaAs）量子阱，並被31nm厚的砷化镓鋁（Ga0.35Al0.65As）勢壘分隔開。研究人員使用牛津ITC 502型溫度控製儀(yi) 和加熱器使樣品溫度從(cong) 4K到室溫下改變，放置在樣品旁的GaAlAs傳(chuan) 感器監測溫度。他們(men) 將連續的鈦寶石激光器的波長調諧到大約 800nm，強度大約為(wei) 50W/cm2，直接照射到樣品表麵上，這使GaAs量子阱產(chan) 生不同級別的反斯托克斯光致發光。

    研究人員將目光集中於(yu) 11.7nm厚的量子阱上，在溫度T低於(yu) 80K、熱能量kBT（kB為(wei) 波爾茲(zi) 曼常數）小於(yu) 7meV的條件下，該量子阱在光致發光光譜中具有最明顯的激子效應。在溫度高於(yu) 20K的測量中，最高冷卻速率大約為(wei) 能量△E=2kBT的激光失諧，這種失諧意味著量子阱的激光波長相對它的共振能量向下偏移一個(ge) 光子能量。

    該實驗還獲得了其他幾種值得注意的結果。研究人員發現反斯托克斯光致發光誘導冷卻結構與(yu) 溫度有關(guan) ，換句話說，一般而言激光的冷卻效率隨樣品溫度的升高而增加，這與(yu) 其他冷卻係統相似。此外，實驗結果使計算理想激光波長與(yu) 溫度的函數關(guan) 係成為(wei) 可能。最後，共同控製樣品溫度以及仔細選擇激光波長，可以優(you) 化激光冷卻效率。

    半導體(ti) 產(chan) 品的精密性和低成本，對於(yu) 激光冷卻半導體(ti) 技術是一個(ge) 重要的優(you) 點。不僅(jin) 免於(yu) 振動的半導體(ti) 冷卻可能成為(wei) 現實，而且也許某一天激光可以用來冷卻其他激光。

參考文獻：

1. S. Eshlaghi et al., Physical Review B 77, 245317 (2008).