激光冷却

激光冷却是利用激光和原子的相互作用减速原子运动以获得超低温原子的高新技术。

中文名：激光冷却

外文名：Lasercooling

原理：用激光减速原子运动

主要目的：精确测量各种原子参数

1、主要应用

这一技术早期的主要目的是为了精确测量各种原子参数，用于高分辨率激光光谱和超高精度的量子频标(原子钟)，后来成为实现原子玻色-爱因斯坦凝聚的关键实验方法。虽然早在20世纪初人们就注意到光对原子有辐射压力作用，只是在激光器发明之后，才发展了利用光压改变原子速度的技术。激光冷却有许多应用，如：原子光学、原子刻蚀、原子钟、光学晶格、光镊子、玻色-爱因斯坦凝聚、原子激光、高分辨率光谱以及光和物质的相互作用的基础研究等等。但冷却和捕捉中性原子比捕捉离子更困难。

2、理论发展

人们发现，当原子在频率略低于原子跃迁能级差且相向传播的一对激光束中运动时，由于多普勒效应，原子倾向于吸收与原子运动方向相反的光子，而对与其相同方向行进的光子吸收几率较小;吸收后的光子将各向同性地自发辐射。平均地看来，两束激光的净作用是产生一个与原子运动方向相反的阻尼力，从而使原子的运动减缓(即冷却下来)。1985年美国国家标准与技术研究院的菲利浦斯(willamD.Phillips)和斯坦福大学的朱棣文(StevenChu)首先实现了激光冷却原子的实验，并得到了极低温度(240microKelvin)的钠原子气体。他们进一步用三维激光束形成磁光阱将原子*在一个空间的小区域中加以冷却，获得了更低温度的"光学粘胶"。之后，许多激光冷却的新方法不断涌现，其中较著名的有"速度选择相干布居*"和"拉曼冷却"，前者由法国巴黎高等师范学院的柯亨-达诺基(ClaudCohen-Tannodji)提出，后者由朱棣文提出，他们利用这种技术分别获得了低于光子反冲极限的极低温度。此后，人们还发展了磁场和激光相结合的一系列冷却技术，其中包括偏振梯度冷却、磁感应冷却等等。朱棣文、柯亨-达诺基和菲利浦斯三人也因此而获得了1997年诺贝尔物理学奖。

3、相关内容

大家都知道激光有亮度高的特点，利用这个特点可以在极短的时间内在极小的范围内使被激光照射的物体接受到极高的能量。用这种技术可以进行金属焊接和施行人体手术等。

1985年朱棣文等利用激光冷却的方法获得当时实验室内达到的最低温度，即2.4x10K，这已非常接近绝对零度了，但永远达不到0K，目前已经可以实现picoKelvin量级的冷却。