Abstract

A simple model is developed to study the laser cooling of solids. The condition of laser cooling of a solid is developed. By using some parameters of the Yb<sup>3+</sup> ion, which is most widely used in laser cooling, we then calculate the cooling power and the cooling efficiency. In order to make a more precise analysis, the effect of fluorescent reabsorption, which is unavoidable in the cooling process, is discussed using the random walk model. Taking Tm<sup>3+</sup> ion as an example, we derive the average number of absorption events and determine the change in quantum efficiency due to reabsorption. Finally, we obtain the red-shift of the fluorescent wavelength and the requirement of sample dimension.

© 2012 Chinese Optics Letters

PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).
  2. X. Luo, M. D. Eisaman, and T. R. Gosnell, Opt. Lett. 23, 639 (1998).
  3. C. W. Hoyt, M. Sheik-Bahae, R. I. Epstein, B. C. Edwards, and J. E. Anderson, Phys. Rev. Lett. 85, 3600 (2000).
  4. C. W. Hoyt, M. P. Hasselbeck, M. Sheik-Bahae, R. I. Epstein, S. Greenfield, J. Thiede, J. Distel, and J. Valencia, J. Opt. Soc. Am. B 20, 1066 (2003).
  5. A. Rayner, N. R. Heckenberg, and H. R. Dunlop, J. Opt. Soc. Am. B 20, 1037 (2003).
  6. A. Rayner, M. E. J. Friese, A. G. Truscott, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 48, 103 (2001).
  7. C. E. Mungan, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, and T. R. Gosnell, Phys. Rev. Lett. 78, 1030 (1997).
  8. S. R. Bowman and C. E. Mungan, Appl. Phys. B 71, 807 (2000).
  9. A. Mendioroz, J. Ferna'ndez, M. Voda, M. Al-Saleh, and R. Balda, Opt. Lett. 27, 1525 (2002).
  10. R. I. Epstein, J. J. Brown, B. C. Edwards, and A. Gibbs, J. Appl. Phys. 90, 4815 (2001).
  11. T. R. Gosnell, Opt. Lett. 24, 1041 (1999).
  12. G. Lamouche, P. Lavallard, R. Suris, and R. Grousson, J. Appl. Phys. 84, 509 (1998).
  13. B. Heeg, P. A. DeBarber, and G. Rumbles, Appl. Opt. 44, 3117 (2005).
  14. B. Heeg and G. Rumbles, J. Appl. Phys. 93, 1966 (2003).
  15. G. S. Maciel, N. Rakov, C. B. Araujo, and Y. Messaddeq, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1995 (1999).
  16. C. Li, S. Xu, R. Ye, S. Zhao, D. Deng, and S. Zhuang, Chin. Opt. Lett. 8, 66 (2010).
  17. M. Wang, G. Wang, L. Yi, S. Li, L. Hu, and J. Zhang, Chin. Opt. Lett. 8, 78 (2010).
  18. B. C. Edwards, J. E. Anderson, R. I. Epstein, G. L. Mills, and A. J. Mord, J. Appl. Phys. 86, 6489 (1999).

2010 (2)

2005 (1)

2003 (3)

2002 (1)

2001 (2)

R. I. Epstein, J. J. Brown, B. C. Edwards, and A. Gibbs, J. Appl. Phys. 90, 4815 (2001).

A. Rayner, M. E. J. Friese, A. G. Truscott, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 48, 103 (2001).

2000 (2)

C. W. Hoyt, M. Sheik-Bahae, R. I. Epstein, B. C. Edwards, and J. E. Anderson, Phys. Rev. Lett. 85, 3600 (2000).

S. R. Bowman and C. E. Mungan, Appl. Phys. B 71, 807 (2000).

1999 (3)

T. R. Gosnell, Opt. Lett. 24, 1041 (1999).

B. C. Edwards, J. E. Anderson, R. I. Epstein, G. L. Mills, and A. J. Mord, J. Appl. Phys. 86, 6489 (1999).

G. S. Maciel, N. Rakov, C. B. Araujo, and Y. Messaddeq, J. Opt. Soc. Am. B 16, 1995 (1999).

1998 (2)

X. Luo, M. D. Eisaman, and T. R. Gosnell, Opt. Lett. 23, 639 (1998).

G. Lamouche, P. Lavallard, R. Suris, and R. Grousson, J. Appl. Phys. 84, 509 (1998).

1997 (1)

C. E. Mungan, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, and T. R. Gosnell, Phys. Rev. Lett. 78, 1030 (1997).

1995 (1)

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).

Al-Saleh, M.

Anderson, J. E.

C. W. Hoyt, M. Sheik-Bahae, R. I. Epstein, B. C. Edwards, and J. E. Anderson, Phys. Rev. Lett. 85, 3600 (2000).

B. C. Edwards, J. E. Anderson, R. I. Epstein, G. L. Mills, and A. J. Mord, J. Appl. Phys. 86, 6489 (1999).

Araujo, C. B.

Balda, R.

Bowman, S. R.

S. R. Bowman and C. E. Mungan, Appl. Phys. B 71, 807 (2000).

Brown, J. J.

R. I. Epstein, J. J. Brown, B. C. Edwards, and A. Gibbs, J. Appl. Phys. 90, 4815 (2001).

Buchwald, M. I.

C. E. Mungan, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, and T. R. Gosnell, Phys. Rev. Lett. 78, 1030 (1997).

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).

DeBarber, P. A.

Deng, D.

Distel, J.

Dunlop, H. R.

Edwards, B. C.

R. I. Epstein, J. J. Brown, B. C. Edwards, and A. Gibbs, J. Appl. Phys. 90, 4815 (2001).

C. W. Hoyt, M. Sheik-Bahae, R. I. Epstein, B. C. Edwards, and J. E. Anderson, Phys. Rev. Lett. 85, 3600 (2000).

B. C. Edwards, J. E. Anderson, R. I. Epstein, G. L. Mills, and A. J. Mord, J. Appl. Phys. 86, 6489 (1999).

C. E. Mungan, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, and T. R. Gosnell, Phys. Rev. Lett. 78, 1030 (1997).

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).

Eisaman, M. D.

Epstein, R. I.

C. W. Hoyt, M. P. Hasselbeck, M. Sheik-Bahae, R. I. Epstein, S. Greenfield, J. Thiede, J. Distel, and J. Valencia, J. Opt. Soc. Am. B 20, 1066 (2003).

R. I. Epstein, J. J. Brown, B. C. Edwards, and A. Gibbs, J. Appl. Phys. 90, 4815 (2001).

C. W. Hoyt, M. Sheik-Bahae, R. I. Epstein, B. C. Edwards, and J. E. Anderson, Phys. Rev. Lett. 85, 3600 (2000).

B. C. Edwards, J. E. Anderson, R. I. Epstein, G. L. Mills, and A. J. Mord, J. Appl. Phys. 86, 6489 (1999).

C. E. Mungan, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, and T. R. Gosnell, Phys. Rev. Lett. 78, 1030 (1997).

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).

Ferna'ndez, J.

Friese, M. E. J.

A. Rayner, M. E. J. Friese, A. G. Truscott, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 48, 103 (2001).

Gibbs, A.

R. I. Epstein, J. J. Brown, B. C. Edwards, and A. Gibbs, J. Appl. Phys. 90, 4815 (2001).

Gosnell, T. R.

T. R. Gosnell, Opt. Lett. 24, 1041 (1999).

X. Luo, M. D. Eisaman, and T. R. Gosnell, Opt. Lett. 23, 639 (1998).

C. E. Mungan, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, and T. R. Gosnell, Phys. Rev. Lett. 78, 1030 (1997).

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).

Greenfield, S.

Grousson, R.

G. Lamouche, P. Lavallard, R. Suris, and R. Grousson, J. Appl. Phys. 84, 509 (1998).

Hasselbeck, M. P.

Heckenberg, N. R.

A. Rayner, N. R. Heckenberg, and H. R. Dunlop, J. Opt. Soc. Am. B 20, 1037 (2003).

A. Rayner, M. E. J. Friese, A. G. Truscott, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 48, 103 (2001).

Heeg, B.

B. Heeg, P. A. DeBarber, and G. Rumbles, Appl. Opt. 44, 3117 (2005).

B. Heeg and G. Rumbles, J. Appl. Phys. 93, 1966 (2003).

Hoyt, C. W.

C. W. Hoyt, M. P. Hasselbeck, M. Sheik-Bahae, R. I. Epstein, S. Greenfield, J. Thiede, J. Distel, and J. Valencia, J. Opt. Soc. Am. B 20, 1066 (2003).

C. W. Hoyt, M. Sheik-Bahae, R. I. Epstein, B. C. Edwards, and J. E. Anderson, Phys. Rev. Lett. 85, 3600 (2000).

Hu, L.

Lamouche, G.

G. Lamouche, P. Lavallard, R. Suris, and R. Grousson, J. Appl. Phys. 84, 509 (1998).

Lavallard, P.

G. Lamouche, P. Lavallard, R. Suris, and R. Grousson, J. Appl. Phys. 84, 509 (1998).

Li, C.

Li, S.

Luo, X.

Maciel, G. S.

Mendioroz, A.

Messaddeq, Y.

Mills, G. L.

B. C. Edwards, J. E. Anderson, R. I. Epstein, G. L. Mills, and A. J. Mord, J. Appl. Phys. 86, 6489 (1999).

Mord, A. J.

B. C. Edwards, J. E. Anderson, R. I. Epstein, G. L. Mills, and A. J. Mord, J. Appl. Phys. 86, 6489 (1999).

Mungan, C. E.

S. R. Bowman and C. E. Mungan, Appl. Phys. B 71, 807 (2000).

C. E. Mungan, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, and T. R. Gosnell, Phys. Rev. Lett. 78, 1030 (1997).

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).

Rakov, N.

Rayner, A.

A. Rayner, N. R. Heckenberg, and H. R. Dunlop, J. Opt. Soc. Am. B 20, 1037 (2003).

A. Rayner, M. E. J. Friese, A. G. Truscott, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 48, 103 (2001).

Rubinsztein-Dunlop, H.

A. Rayner, M. E. J. Friese, A. G. Truscott, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 48, 103 (2001).

Rumbles, G.

B. Heeg, P. A. DeBarber, and G. Rumbles, Appl. Opt. 44, 3117 (2005).

B. Heeg and G. Rumbles, J. Appl. Phys. 93, 1966 (2003).

Sheik-Bahae, M.

C. W. Hoyt, M. P. Hasselbeck, M. Sheik-Bahae, R. I. Epstein, S. Greenfield, J. Thiede, J. Distel, and J. Valencia, J. Opt. Soc. Am. B 20, 1066 (2003).

C. W. Hoyt, M. Sheik-Bahae, R. I. Epstein, B. C. Edwards, and J. E. Anderson, Phys. Rev. Lett. 85, 3600 (2000).

Suris, R.

G. Lamouche, P. Lavallard, R. Suris, and R. Grousson, J. Appl. Phys. 84, 509 (1998).

Thiede, J.

Truscott, A. G.

A. Rayner, M. E. J. Friese, A. G. Truscott, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 48, 103 (2001).

Valencia, J.

Voda, M.

Wang, G.

Wang, M.

Xu, S.

Ye, R.

Yi, L.

Zhang, J.

Zhao, S.

Zhuang, S.

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. B (1)

S. R. Bowman and C. E. Mungan, Appl. Phys. B 71, 807 (2000).

Chin. Opt. Lett. (2)

J. Appl. Phys. (4)

R. I. Epstein, J. J. Brown, B. C. Edwards, and A. Gibbs, J. Appl. Phys. 90, 4815 (2001).

G. Lamouche, P. Lavallard, R. Suris, and R. Grousson, J. Appl. Phys. 84, 509 (1998).

B. Heeg and G. Rumbles, J. Appl. Phys. 93, 1966 (2003).

B. C. Edwards, J. E. Anderson, R. I. Epstein, G. L. Mills, and A. J. Mord, J. Appl. Phys. 86, 6489 (1999).

J. Mod. Opt. (1)

A. Rayner, M. E. J. Friese, A. G. Truscott, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 48, 103 (2001).

J. Opt. Soc. Am. B (3)

Nature (1)

R. I. Epstein, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, T. R. Gosnell, and C. E. Mungan, Nature 377, 500 (1995).

Opt. Lett. (3)

Phys. Rev. Lett. (2)

C. W. Hoyt, M. Sheik-Bahae, R. I. Epstein, B. C. Edwards, and J. E. Anderson, Phys. Rev. Lett. 85, 3600 (2000).

C. E. Mungan, M. I. Buchwald, B. C. Edwards, R. I. Epstein, and T. R. Gosnell, Phys. Rev. Lett. 78, 1030 (1997).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.