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面向红外探测技术的无振动光学制冷的研究

激光冷却，光学冰箱，氟化物晶体，反斯托克斯荧光制冷，低温制冷器

红外探测技术在航空航天、遥感遥测、环境监测、情报监督和国防安全等领域有着重要的应用。基于光探测的制冷型红外照相机的灵敏度要远优于基于微测辐射热计的非制冷型红外照相机。近年来，随着“热”红外探测器技术的发展，当工作温度约为150K时，红外热像仪也可以具有良好的工作性能。然而，该工作温度却远低于热电制冷的极限温度，但是恰好在光学制冷技术的制冷温区范围内。空基红外探测技术除了要求制冷器重量轻、体积小、可靠性高之外，还特别希望能够避免由于制冷器的振动导致成像质量的降低。对于陆基红外探测器而言，高可靠性的无振动的低温光学制冷技术同样极具诱人的前景。因为该制冷技术可以避免因为制冷技术的失灵导致红外热照相机无法正常工作。固体激光冷却技术是低温光学制冷器的核心技术。最近，本课题组在固体材料激光制冷领域取得了较大的进展：在实验上把掺杂浓度为7.5%的Yb3+:LuLiF4 晶体冷却到传统TEC的冷却极限温度（180K）以下，并开始迈向NIST定义的低温学温度123 K。实验中，采用两根直径为200 μm的光纤支撑大小为2×2×5mm的样品，并放置在真空度为~10-3 Pa的真空腔里，环境温度约为294.5K。泵浦激光单次通过样品。激光辐射晶体20分钟之后，采用差分光谱测温法测量样品的温度。当波长为1020nm，功率为20W的激光泵浦晶体时，我们在实验上发现该晶体被激光冷却到绝对温度~155K。这表明该晶体具有诱人的低温激光制冷潜力，未来将用于全固态低温光学制冷器，优先用于航空航天、国防军事、遥感遥测等领域中红外探测器的冷却，进一步提高其探测性能。