基于反斯托克斯荧光机制的全固态光学低温冷却器在要求无振动和高可靠性的低温冷却领域有广泛的应用，如用于红外探测的HgCdTe传感器，超稳定激光器的硅单晶光学腔，和高分辨率电子显微镜的样品等。在实现这些有前景的应用之前，开发适合光学制冷机的激光冷却级材料是非常重要的。与非晶态玻璃材料相比，晶体材料具有更小的非均匀展宽和更大的光学吸收系数。氟化物晶体在各种晶体基质中最受关注，主要是由于其优良的低声子能量和低折射率特性，导致低非辐射弛豫和容易荧光逃逸。它们还具有在从紫外线到红外线的宽波长范围内的高透射率。除此之外，氟化物晶体在其基态中描述了一个小的晶场劈裂，这可以在低温下还能够产生可观的激光冷却效率。

印建平教授研究团队激光冷却7.5%Yb3+:LuLiF4晶体至121K，达到NIST定义的低温范围(123 K)。在激光双次通过样品的实验方案中，预计晶体对1020 nm泵浦激光的吸收效率约为9%。我们指出强泵浦激光功率下的饱和吸收效应是影响样品最终g-MAT的主要因素。此外，在低温条件下，样品表面的水蒸气凝结严重影响激光冷却性能。冷却窗口表明，随着泵浦激光吸收效率和热负载管理的进一步改进，该晶体有可能被冷却到液氮沸点77 K以下，最终达到低至59 K的温度。在布里奇曼晶体生长法中，Yb3+掺杂的LuLiF4晶体比LiYF4晶体质量更好，因此可以作为全固态激光冷却器和辐射平衡激光器的优秀候选人。

 该研究成果标志着LuLiF4晶体首次突破低温学温度，进一步证明了LuLiF4晶体的激光冷却潜力。该成果发表在Appl. Phys. Lett., 120, 231101 (2022)。

图1 (a)实验装置示意图；(b)冷却窗口；(c)晶体和墙壁温度的含时演化；(d)在不同泵浦激光功率下测量的晶体稳态温度和理论拟合结果。