Yb3+:YAG晶体因其具有出色的热、机械和光学等特性，一直是高功率固态激光器中广泛使用的增益介质之一。激光运行过程中由于增益介质中的热沉积会造成不良的热效应，不仅影响激光的相干性、偏振性和稳定性，还会阻碍激光功率的提高。为了解决这一基本问题，研究人员开发了各种方法，然而，即使采用先进的散热方案，残余的热效应仍然会使光束质量变差，并最终限制高功率激光的输出。美国海军研究实验室的S. R. Bowman在1999年首次提出：激光增益介质中沉积的热量可以被荧光辐射带走，从而实现无热激光的运转，即辐射平衡激光器(RBLs)。RBLs的首次实验突破和重大进展都以Yb3+:YAG晶体作为增益介质。然而，Yb3+:YAG晶体激光冷却的温降记录仅约为9K，一直没有取得突破性进展。    

        印建平教授研究团队利用1030nm高功率光纤激光器对3%Yb³⁺:YAG晶体进行激光冷却，首次获得约80K的温降。利用实验数据获得的外部量子效率、背景吸收系数和平均荧光波长等参数，绘制了3%Yb³⁺:YAG晶体的冷却窗口，预测该晶体的最低激光冷却温度在热电冷却的极限温度180K附近。该实验结果揭示了3%Yb³⁺:YAG晶体激光冷却到热电冷却温度极限的关键途径，证明了Yb³⁺:YAG晶体优异的激光冷却性能，从而为辐射平衡激光器的研究提供了一个独特的切入点。        

   实验中，采用非接触式差分荧光光谱测温法测量样品在不同激光功率泵浦下的冷却温度，通过分析作用在晶体上的热负载，理论与制冷实验结果相符。相关研究结果发表在Appl. Phys. Lett., 118, 131104 (2021)。

图1 实验装置示意图与3%Yb3+: YAG晶体激光冷却实验结果。