Laser cooling assisted thermal management of lightsails
光帆可以通过具有GW/m $^2$量级的强度的激光的辐射压力加速到超高速，但是这在光帆的热管理中提出了关键的挑战。在这封信中，我们探讨了适用的制度，固体激光器冷却散热，除了以前探索的辐射冷却方法。我们开始检查激光冷却的冷却能力，并表明，从微米厚的层掺杂镱离子的冷却速率可以超过黑体热发射。这允许在材料损坏时进行更强的激光照射，从而缩短加速距离。接下来，我们探讨了有限的工作带宽的激光冷却的影响，占多普勒频移的泵浦激光，并得出结论，激光冷却是有助于目标速度$\lesssim5\%$的室温操作。
2022-06-11 physics.app-ph physics.optics
A new technique for laser cooling with superradiance
本文提出了一种新的理论方案，用于激光冷却掺稀土固体的光学超辐射（SR），这是由激光激发的固体基质（玻璃或晶体）中的稀土离子系统的光子的相干的、尖锐定向的自发发射。采用功率为433 W、脉宽为10 ns的矩形脉冲光源，在波长为1015 nm的泵浦下，对掺Yb ~（3+）的ZBLAN样品进行了实验研究。SR的强度与激发离子数的平方成正比。与传统的具有反斯托克斯自发非相干辐射（荧光）的稀土掺杂固体的激光冷却相比，SR的这种独特特征允许冷却过程的速率的显著增加。该方案克服了激光冷却只能使用低声子能量基质的局限性。
2010-07-19 physics.optics
Coherent laser cooling with trains of ultrashort laser pulses
本文提出用超短宽带脉冲串将相干激光冷却推广到宽带跃迁，解析研究并数值模拟了在单次自发辐射寿命内降低动量展宽的方法，对冷却正电子素等短寿命快粒子具有重要意义。
2024-02-26 physics.atom-ph physics.optics
Stimulated radiative laser cooling
建立一个基于热能转换为光能的冰箱是一个持续的工程挑战。在明确限定的条件下，主体基质中的掺杂剂材料的自发反斯托克斯荧光能够降低主体温度。荧光将储存在主晶格振动振荡中的一部分热能带走。特别是，将该原理应用于（固态）激光器的冷却开辟了许多潜在的器件应用，特别是在高功率激光器领域。本文提出了一种可供选择的光学冷却方案，用于固体激光器的辐射冷却。它基于通过受激非线性过程而不是自发过程将存储在主机中的热能转换为光能。这将导致更好的冷却效率和将原理应用于设备应用的更高潜力。
2007-07-14 physics.optics
Solid-state laser cooling of Yb3+-doped KY3F10 to 145 K
Leibniz-Institut für Kristallzüchtung（莱布尼茨晶体生长研究所）；Fraunhofer Institute of Optronics, System Technologies and Image Exploitation (IOSB)（弗劳恩霍夫光学系统与技术及图像利用研究所）
通过 100 瓦 1020 纳米泵源实现 Yb³+掺杂 KY₃F₁₀ 至 145 K，展示其作为激光冷却介质的潜力。
2026-03-11 physics.optics
Index-leveling for forced-flow turbulent face-cooling of laser amplifiers
利用流体直接冷却激光板条端面是获得高平均激光功率的一种重要方法。然而，流态通常保持在低雷诺数，以防止流中湍流特征的发生，这将降低波前质量。我们在这里展示了如何使流体温度的热光零点，接近水/冰过渡的情况下，水，允许一个减轻流体动力学不稳定性的光学后果，漂白光学内的温度不均匀性流。这种光学过程被称为“指数水平”，为高效强制流动、弱湍流的表面冷却机制打开了大门，这将有助于提高下一代高功率激光器的千瓦能力。
2022-09-01 physics.optics
1.1 kW, 100 Hz room-temperature diode-pumped nanosecond laser by water immersion cooling
Tsinghua University（清华大学）；State Key Laboratory of Precision Space-time Information Sensing Technology（精密时空信息传感技术全国重点实验室）；Key Laboratory of Photonic Control Technology (Tsinghua University), Ministry of Education（教育部光子控制技术重点实验室（清华大学））
该研究通过水浸冷却实现了1.1千瓦、100赫兹室温二极管泵浦纳秒激光器，输出11焦耳脉冲能量，束质量因子为衍射极限的2.6倍，展示了室温纳秒激光器的高性能表现。
2026-01-07 physics.optics
Laser spot position dependent photothermal mode cooling of a micro-cantilever
研究了法布里-珀罗腔中微悬臂梁的光热模式冷却。根据沿着杠杆的LSP，光热耦合到前两个机械模式可以是平行的或反平行的。通过一个简单的模型对这种LSP依赖行为进行了理论分析，这与我们的实验观察是定量一致的。通过仿真，确定了沿杠杆方向的平行和反平行耦合区域。我们的结论是，一个更有效的模式冷却可以实现在平行耦合区。
2011-07-04 physics.optics
Laser Cooling of a Yb Doped Silica Fiber by 18 Kelvin From Room Temperature
在真空中用20W的1035nm光抽运掺镱石英光纤，使光纤温度降至室温以下18.4K。在空气中，用相同的20W泵观察到比环境温度低3.6K的冷却。用热成像相机和差示发光测温法测量温度。冷却效率计算为1.2 ± 0.1%。光纤的纤芯共掺杂有Al 3+，Al与Yb的比率为6：1，以允许更大的Yb浓度和增强的激光冷却。
2021-09-28 physics.optics
Raman Cooling of Solids through Photonic Density of States Engineering
固体振动态的激光冷却可以通过稀土元素的光致发光、光力学中的光学力和布里渊散射光-声相互作用来实现。通过自发拉曼散射的固体的净冷却和间接带隙半导体的激光制冷都仍然是未解决的挑战。在这里，我们分析表明，光子态密度（DoS）工程可以解决实现自发拉曼冷却的两个基本要求：抑制斯托克斯（加热）跃迁的主导地位，并提高反斯托克斯（冷却）效率超出材料的自然光吸收。我们开发了一个通用模型的DoS修改自发拉曼散射概率，并阐明了必要的和最低条件所需的实现净拉曼冷却。与一个适当的工程DoS，我们建立了诱人的可能性，本征硅的制冷通过湮灭声子从所有的拉曼活性模式同时，通过一个单一的电信波长泵。该结果指出了用于任何透明半导体（包括间接带隙半导体）的激光冷却的高度灵活的方法，远离显著的光学吸收、带边状态、激子或原子共振。
2015-07-31 physics.optics
Laser noise in cavity-optomechanical cooling and thermometry
我们回顾和研究量子和经典波动的作用，在最近的腔光学机械实验，现在已经达到了量子制度（机械声子占有率< 1），使用解决边带激光冷却。特别是，激光噪声加热的机械谐振器和光学转换的机械光谱的形式，修改量子和经典的激光噪声挤压，在各种测量条件下导出。利用这一理论，我们分析了我们最近的基态激光冷却和动态边带不对称实验与纳米光机械晶体谐振器。
2012-10-09 physics.optics quant-ph
Solid-state Laser Cooling
University of Notre Dame（圣母大学）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；University of Washington（华盛顿大学）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本研究总结了固态激光冷却的关键进展与应用，提出标准化实验方法以提高冷却测量的可靠性。
2025-12-10 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Mie Resonance Enhancement of Laser Cooling in Rare-Earth Doped Materials
固体激光冷却因其广泛的应用范围而备受关注，从机载和空间应用的厘米级全光学制冷机到生物和介观物理的纳米粒子冷却。纳米颗粒的激光冷却是一项具有挑战性的任务。我们提出利用米氏共振增强反斯托克斯荧光激光冷却在稀土（RE）掺杂的纳米颗粒制成的低声子玻璃或晶体。作为一个例子，我们考虑在1030 nm的Yb 3+吸收光谱的长波长尾部泵浦的Yb 3+：YAG纳米球。我们表明，如果纳米球的半径被调整到泵浦波长，以这样的方式，泵浦激发它的米氏共振模式的一些，在样品中产生的冷却功率密度是相当大的增强和样品的温度因此是相当大的（~ 63%）降低。这一概念可以扩展到不同形状的纳米颗粒，并由不同的低声子RE掺杂材料制成，适合于通过反斯托克斯荧光进行激光冷却。
2021-02-25 physics.app-ph physics.optics
Generating 500 mW for laser cooling of strontium atoms by injection locking a high power laser diode
我们报道了用于锶原子激光冷却的460.86 nm跃迁的500 mW光谱纯激光的产生。为此，我们注入一个高功率的单模激光二极管的光从稳定的扩展腔二极管激光器。为了优化和监控从二极管的注入状态和光谱纯度，我们开发了一种使用单个无源光学元件的新技术。窄带干涉滤波器产生合适的监测信号，而无需任何用于数据后处理的附加电子设备。我们的方法大大简化了注入锁定激光二极管的日常操作，并可以很容易地适应其他波长的利益。
2020-04-24 physics.atom-ph physics.optics
Multi-frequency telecom fibered laser system for potassium laser cooling
本文描述了一种用于激光冷却钾原子的多频激光系统，它是通过光纤通信光束（$\simeq 1534$或$1540$ ~nm）倍频实现的。基于低功率光纤的电信激光器和组件产生包含冷却和再泵浦半频的单个光束，随后由高功率放大器放大。最后一个自由空间SHG级在准谐振频率（$\simeq 767$或$770$ ~nm）下产生典型为2.5 W的单光束，具有高质量模式，并准备好进行激光冷却。在亚多普勒温度为16~ $μ$ K时，以快速加载时间（2.5 s）捕获了高达$4\times10^9$ $^{41}$ K原子。这为多功能和可运输的超冷原子装置开辟了前景。
2021-09-08 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Purcell-enhanced solid-state laser cooling
School of Science and Engineering, Al Akhawayn University（Al Akhawayn大学科学与工程学院）；Ginzton Laboratory and Department of Electrical Engineering, Stanford University（斯坦福大学电气工程系金斯顿实验室）
本研究通过图案化槽波导结构利用珀塞尔效应提高固态激光冷却效率，展示了饱和功率密度和逃逸效率的增强，为光学制冷提供了新设计方向。
2026-01-30 physics.app-ph physics.optics
Laser cooling of electron beams at linear colliders
本文讨论了一种可用于直线对撞机的电子束冷却方法。电子束在与聚焦的强激光脉冲碰撞期间被冷却。最终的横向发射度远低于其他方法所能达到的水平。这种方法对高能γ-γ对撞机特别有用。本文评述和分析了这种方法的局限性，讨论了获得激光冷却所需的很高激光功率的新方法和辐射条件，最后提出了电子束激光冷却的可能方案。
2000-01-12 hep-ex physics.acc-ph physics.optics
Continuous-wave, single-frequency 229 nm laser source for laser cooling of cadmium atoms
采用两级连续二次谐波产生级，通过四次谐波产生了229 nm的连续波输出，用于激光冷却Cd原子。采用单频光泵半导体激光器作为基本光源，在458 nm输入功率为1.62 W的情况下，外腔中使用10 mm长的Brewster切割BBO晶体观察到229 nm处的0.56 W输出。从458 nm到229 nm的转换效率大于34%。采用锥形放大器作为基本源，我们研究了适用于光晶格钟的所有稳定的Cd同位素（包括同位素$^{111}$ Cd和$^{113}$ Cd）的磁光俘获。
2016-05-12 physics.atom-ph physics.optics
Injection locking of a high power ultraviolet laser diode for laser cooling of ytterbium atoms
研制了一套波长为399 nm的高功率紫外激光二极管激光冷却镱原子的激光系统。该系统由一个外腔激光二极管和另一个激光二极管组成，外腔激光二极管提供40 mW的稳频输出，另一个激光二极管通过注入锁定将激光功率放大到220 mW。用于优化我们的注入锁定的系统方法也可以应用于任何其他波长的高功率光源。该系统不依赖于复杂的非线性倍频，对实现可传输的光晶格钟具有重要意义，对凝聚态物理和利用冷原子进行量子信息处理的研究也有重要意义。
2014-12-02 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Continuous Lyman-alpha generation by four-wave mixing in mercury for laser-cooling of antihydrogen
冷却反氢原子对于未来的实验很重要，既可以通过高分辨率激光光谱来测试CPT对称性，也可以测量反物质的引力加速度。反氢的激光冷却可以在莱曼α（121.6nm）的强1 S-2 P跃迁上进行。本文介绍了一种基于固体基频激光器的莱曼α波长连续激光器。通过使用双光子和近单光子共振，可以扫描四波混频过程的整个相位匹配曲线。此外，还研究了基光束的光束轮廓对四波混频过程的影响。
2010-09-28 physics.atom-ph physics.optics
Cavity enhanced DUV laser for two-photon cooling of atomic hydrogen
我们演示了一个耦合到线性光学增强腔的\SI{650}{\mW} \SI{243}{\nm}连续波激光器。增强腔可以维持$>$ \SI{30}{\W}的腔内功率，使\SI{1}{\hour}连续工作而不退化。该系统具有足够的功率演示氢的双光子激光冷却，并可能用于其他简单的二体原子系统的实验。
2018-01-25 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Laser cooling of electron beams for linear colliders
本文提出了一种用于直线对撞机的电子束冷却新方法。电子束在与聚焦的强激光脉冲碰撞期间被冷却。采用合理的激光参数（激光闪光能量约为10 J），每一级可使横向束流发射度降低约10倍。最终的横向发射度远低于其他方法所能达到的水平。在冷却过程中，光束的退偏率约为5- 15%.这种方法对光子对撞机特别有用，并为e+e对撞机开辟了新的可能性。
2013-10-24 hep-ex physics.acc-ph physics.optics
Mode competition and anomalous cooling in a multimode phonon laser
本文研究了多模“声子激光器”中的模式竞争，该激光器由一个采用高反射膜作为输出耦合器的光学腔组成。机械增益由腔内辐射压力提供，许多机械模式耦合到腔内辐射压力。我们计算了增益，发现一个模的强振荡抑制了其它模的增益。对于足够强的振荡，其他模式的增益实际上改变了符号，变成了阻尼，我们称之为“异常冷却”。“我们证明了模式竞争导致单模操作，并发现与我们的理论非常一致，包括异常冷却。
2014-02-04 cond-mat.other physics.optics
A laser setup for rubidium cooling dedicated to space applications
我们提出了一个完整的表征的激光设置为铷冷却专用于空间应用。该实验装置是用适用于空间应用的商用现成光纤组件实现的。通过对两个波长为1560 nm的光纤激光二极管进行倍频，我们产生了$^{87}$ Rb原子冷却所需的两个波长为780 nm的光频。第一激光器锁定在饱和吸收信号上，并且使用数字积分器消除了长期频率漂移。第二激光器的光频率通过频率比较方法相对于第一激光器被控制。已经进行了设置的完整表征，包括频率稳定性评估和频率噪声测量。已对光学倍频模块进行环境测试，以验证其与空间应用的兼容性。
2013-09-09 physics.atom-ph physics.optics
A study of enhancing the power of a CW Ti:sapphire laser by cryogenic cooling
在这篇文章中，我们探讨了钛：蓝宝石激光晶体的低温冷却如何大大减少热透镜超过一个数量级，因为两个因素：（i）晶体的热导率增加，和（ii）折射率的温度依赖性降低。得到了激光晶体内泵浦为高斯光束时热透镜焦距的解析表达式。通过对激光谐振腔稳定性的分析，发现要使激光谐振腔的最佳光路长度在水平方向和垂直方向上的相对误差小于0.1%，热透镜的焦距应大于0.5 m。如果激光晶体被冷却到低于100 K的温度，同时以足以产生100 W输出的功率泵浦，则可以满足这样的要求。因此，它是非常有可能的，输出功率为100 W，可以实现对一个单一的钛：蓝宝石激光器的激光晶体的低温冷却。
2022-12-12 physics.atom-ph physics.optics
A self-injected, diode-pumped, solid-state ring laser for laser cooling of Li atoms
基于Nd：YVO $_4$环形腔二次谐波激光器，我们研制了一台用于激光冷却锂原子实验的固体光源。单向激射，一个改进的模式选择，和一个高输出功率的环形激光器是通过弱耦合到一个外腔，其中包含单频操作所需的损耗元件。连续频率调谐是通过同时控制内、外腔中的两个PZT来实现的。该光源已被用来捕获和冷却费米锂原子进入量子简并制度。
2015-04-09 physics.atom-ph physics.optics
A self-injection locked DBR laser for laser cooling of beryllium ions
我们提出了一种简单、稳定、窄线宽、倍频的半导体激光器源，适用于激光冷却和再泵浦$^9$ Be $^+$离子。工作在626 nm的分布式布拉格反射器（DBR）激光二极管在激光器与腔模谐振时通过相位稳定的光反馈自注入锁定到倍频腔。通过注入过程，短期激光不稳定性从MHz水平降低到约20 kHz，从而消除了对高带宽反馈回路的需要，以抑制否则麻烦的高频激光噪声。激光频率的长期稳定性是通过反馈到增强腔的长度来实现的，该增强腔利用电光频率梳发生器来产生具有98 GHz失谐的激光的拍音。通过波长计的长期注入锁定和频率稳定使用自动重锁定算法来确保。
2018-05-25 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Single-laser feedback cooling of optomechanical resonators
基于测量的控制已经成为制备纯量子态机械谐振器的重要技术，用于量子信息处理和量子传感。传统上，这需要两个单独的通道，一个用于探测运动，另一个作用于谐振器。在这项工作中，我们分析和实验证明了单激光反馈冷却技术，其中一个激光器用于探测和控制机械运动。我们使用的分析模型和实验表明，反馈冷却是可行的，在这种模式下，只要满足一定的稳定性要求。我们的研究结果表明，除了更实验上可行的建设，单激光反馈的干涉效应，实际上可以用来增强冷却在某些参数制度。
2022-09-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Development of an optimal laser for chirp cooling of positronium based on chirped pulse-train generator
本文研制并表征了一种基于啁啾脉冲串发生器的243 nm脉冲激光器，其啁啾率和线宽满足正电子素啁啾冷却需求，结合数百微焦耳脉冲能量，使Ps激光冷却实验成为可能。
2023-08-01 hep-ex physics.atom-ph physics.optics
Sub-Doppler Laser Cooling using Electromagnetically Induced Transparency
我们提出了一个亚多普勒激光冷却机制，利用电磁感应透明（EIT）现象产生的独特的光谱特征和极端的色散。EIT是具有多个内部量子态的原子在适当频率的激光场照射下所经历的一种相消量子干涉现象。通过将激光从“暗共振”中稍微失谐，我们观察到，在透明窗口内，原子可以受到很强的粘性力，而仅被自发光子散射引起的扩散轻微加热。与其他激光冷却方案（例如偏振梯度冷却或EIT边带冷却）相比，不需要外部磁场或强外部限制势。使用半经典近似，我们推导出解析定量表达式的稳态温度，这是证实了全量子力学数值模拟。我们发现，最低可达到的温度接近单光子反冲能量。除了耗散力外，原子还受到一个定态保守势的作用，这就导致了空间约束的可能性。我们发现，在典型的实验参数下，这种效果是弱的，稳定的捕获是不可能的。
2016-10-10 physics.atom-ph physics.optics
Solid-state laser system for laser cooling of Sodium
我们展示了一个频率稳定，全固体激光源在589 nm，高达800 mW的输出功率。该激光器依靠双谐振腔中的PPKTP晶体从1064 nm和1319 nm的两个激光源产生和频。通过优化腔参数，获得了高达2 W/W^2的转换效率。输出波长可在60 GHz以上调谐，这足以锁定钠D2线。我们的光源的鲁棒性、光束质量、光谱窄度和可调谐性使其成为钠原子原子物理学实验中染料激光器的替代品。
2009-10-26 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Laser frequency stabilization by modulation transfer spectroscopy and balanced detection of molecular iodine for laser cooling of ${}^{174}$Yb
本研究利用调制转移光谱与平衡检测分子碘弱超精细跃迁，实现激光频率稳定，用于${}^{174}$Yb冷却，获得高达47的光学深度及3.9e-13的短期频率稳定性。
2023-11-14 physics.atom-ph physics.optics
11 W narrow linewidth laser source at 780nm for laser cooling and manipulation of Rubidium
我们提出了一个窄线宽连续激光源，在780 nm的输出功率超过11瓦的基础上，放大的1560 nm光纤激光器的单程倍频效率为36%。该源集高功率、简单性、模式质量和稳定性于一体。在没有任何主动稳定的情况下，测得线宽低于10kHz。该光纤种子可调谐频率超过60 GHz，可以探测到87 Rb和85 Rb的D2跃迁，为激光冷却和原子干涉测量中的大动量转移分束器提供了一种可行的高功率源。这种类型的源将为新一代高通量，高占空比简并量子气体实验铺平道路。
2012-02-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
A 750 mW, continuous-wave, solid-state laser source at 313 nm for cooling and manipulating trapped 9Be+ ions
我们提出了一个固体激光器系统，产生750 mW的连续波单频输出在313 nm。使用1550 nm和1051 nm的光纤激光器产生的和频在626 nm处产生高达2 W。这种可见光然后通过腔增强的二次谐波产生转换为UV。激光输出可以在495 GHz范围内调谐，其中包括9 Be+激光冷却和再泵浦跃迁。这是第一次报告的窄线宽激光系统具有足够的功率来执行容错量子门操作与捕获的9Be+离子通过使用受激拉曼跃迁。
2011-05-26 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Microwave sidebands for laser cooling by direct modulation of a tapered amplifier
原子的激光冷却通常需要几个激光频率。例如，碱性原子被两个频率差在千兆赫范围内的激光器冷却。这种差距不能用简单的移位技术来弥补。在这里，我们提出了一种在6.6 GHz的边带产生的方法，通过调制的锥形放大器，这是由未调制的主激光播种的电流。边带使得能够在基于芯片的磁光阱中捕获1.1*10^9个铷87原子。与主激光器的直接调制相比，该方法允许容易的实施、在宽频率范围内的快速调整以及用于操纵和检测的未调制光的同时提取。低功耗、小尺寸和多频率适用性使其应用范围广泛，从基于原子的移动传感器到分子的激光冷却。
2013-06-26 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Detuning-symmetric laser cooling of many mechanical modes with a photothermally modified cavity
本文提出利用光热改性腔和单个蓝失谐激光实现对薄膜逾100个机械模式的失谐无关冷却，并给出增强方案。
2025-05-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Laser cooling in a chip-scale platform
围绕微加工碱蒸汽电池构建的芯片级原子器件处于紧凑型计量和原子传感器的最前沿。我们展示了一个微制造的蒸汽电池，是主动抽到超高真空（UHV），以实现激光冷却。光栅磁光阱（GMOT）与4 mm厚的硅/玻璃真空室结合，以证明一个完全小型化的激光冷却平台的可行性。铷中的两步光激发过程用于克服GMOT成像的表面散射限制。微制造的UHV电池所提供的明确的小型化和形式可定制性为未来的紧凑型冷原子传感器提供了一个有前途的平台。
2020-05-12 physics.atom-ph physics.ins-det physics.optics
Polyatomic candidates for cooling of molecules with lasers from simple theoretical concepts
一个合理的方法来确定多原子分子，似乎是有前途的候选人直接多普勒冷却激光概述。对具有不同点群对称性的代表分子（包括手性非对称基团C $_1$）的平衡结构和Franck-Condon因子进行了第一性原理计算，并指出了这些分子在激光冷却方面的巨大潜力.
2016-03-21 physics.atm-clus physics.atom-ph physics.chem-ph
