Je leest:

Koelen met laser

Koelen met laser

Auteur: | 24 juli 2006

Bij ‘laser’ denken we door talloze science-fiction-verhalen aan schroeiende hitte, smeltend metaal, flinke ontploffingen. Onderzoeker Angel Garcia-Adeva van de universiteit van Baskenland in Spanje laat lasers héél andere dingen doen: met de juiste kleur kan hij er juist mee koelen. Niet compleet nieuw, al is Garcia-Adeva wel de eerste die het truukje met goedkope lasers uitvoert. Commerciële toepassingen komen daarmee in zicht. De Spanjaard publiceerde zijn doorbraak in de vooraanstaande Physical Review Letters.

Als een hongerige ezel die een wortel ziet, zo moeten de erbiumatomen van Angel Garcia-Adeva zich voelen. De natuurkundige heeft ze gekooid in glas en probeert ze licht uit te laten zenden. Dat willen de erbiumatomen best, maar waar halen ze de energie vandaan? Garcia-Adeva geeft hen namelijk verkeerd eten, laserlicht met iets te weinig energie. Atomen zijn namelijk fijnproevers. Erbium eet en zendt alléén licht van de juiste golflengte; voer een eenzaam erbiumatoom duizend lichtdeeltjes van een hogere golflengte (lagere energie) en het laat ze allemaal links liggen zonder er energie uit te winnen.

Infraroodopname. Glas met een klein beetje erbium erdoorheen straalt energie uit onder invloed van een laserbundel. bron: Phys. Rev. Lett. 96, 033001 (2006) Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Bewegingsenergie

Ingebed in een materiaal als glas of kristal zijn de atomen tóch over te halen tot opname van de verkeerde soort licht. Atomen in een vaste stof trillen op hun aangewezen plaats in het materiaal; hoe warmer het materiaal, hoe sterker de triling. Door de te lage energie die ze uit de laser halen aan te vullen met hun eigen bewegingsenergie kunnen de atomen eindelijk een foton produceren. Dat lichtdeeltje racet het glas uit en draagt zo energie weg. Het materiaal koelt af tot het fluorescerende erbium niet meer energie afvoert dan uit de warme omgeving binnen komt. Al in 1950 dacht Alfred Kastler van de Parijse École Normale Superieure erover na, maar het duurde tot eind vorige eeuw voordat iemand het in een lab wist te produceren.

Een andere variant van laserkoeling: door ‘tegenwind’ van deze laserbundel remt een hete stroom van erbiumatomen af.

Commerciëel

Voorlopig kan Garcia-Adeva zijn materialen maar met 0,5 tot 0,7 graad koelen, maar, zoals hij zelf zegt: ‘er zijn allerlei methodes om het erbium op een andere manier in te bouwen, zodat grotere temperatuursverschillen mogelijk worden.’ Collega-natuurkundigen koelen chemische familie van erbium als ytterbium en thulium al jaren af, in één spectaculair geval zelfs met 85 graden, maar moeten daarvoor dure lasers gebruiken. De opstelling van Garcia-Adeva werkt juist met laserlicht van goedkope laserdiodes die al gebruikt worden om glasvezels mee te verlichten.

Garcia-Adeva denkt dat zijn werk de weg opent naar echte commerciële toepassingen: koeling zonder bewegende onderdelen van bijvoorbeeld computerchips, infraroodcamera’s van telescopen, die ver onder het vriespunt werken, of zelfs koeling van dezelfde glasvezels waardoor een andere laser informatie zendt.

Voor onze pc’s met lasers gekoeld worden, moeten natuurkundigen de gehaalde 0,7 graden koeling opkrikken naar 50 of meer graden. ‘Dit is dan ook maar een proof of concept om te laten zien dat je met dit materiaal in principe kunt koelen’, verklaart Garcia-Adeva.

Zie verder

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 24 juli 2006
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.