激光冷卻

主要應用

這一技術早期的主要目的是為了精確測量各種原子參數(shù)，用于高分辨率激光光譜和超高精度的量子頻標(原子鐘)，后來成為實現(xiàn)原子玻色-愛因斯坦凝聚的關鍵實驗方法。雖然早在20世紀初人們就注意到光對原子有輻射壓力作用，只是在激光器發(fā)明之后，才發(fā)展了利用光壓改變原子速度的技術。激光冷卻有許多應用，如：原子光學、原子刻蝕、原子鐘、光學晶格、光鑷子、玻色-愛因斯坦凝聚、原子激光、高分辨率光譜以及光和物質的相互作用的基礎研究等等。

理論發(fā)展

人們發(fā)現(xiàn)，當原子在頻率略低于原子躍遷能級差且相向傳播的一對激光束中運動時，由于多普勒效應，原子傾向于吸收與原子運動方向相反的光子，而對與其相同方向行進的光子吸收幾率較??；吸收后的光子將各向同性地自發(fā)輻射。平均地看來，兩束激光的凈作用是產生一個與原子運動方向相反的阻尼力，從而使原子的運動減緩(即冷卻下來)。1985年美國國家標準與技術研究院的菲利浦斯(willam D.Phillips)和斯坦福大學的朱棣文(Steven Chu)首先實現(xiàn)了激光冷卻原子的實驗，并得到了極低溫度(24μK)的鈉原子氣體。他們進一步用三維激光束形成磁光阱將原子囚禁在一個空間的小區(qū)域中加以冷卻，獲得了更低溫度的"光學粘膠"。之后，許多激光冷卻的新方法不斷涌現(xiàn)，其中較著名的有"速度選擇相干布居囚禁"和"拉曼冷卻"，前者由法國巴黎高等師范學院的柯亨-達諾基(Claud Cohen-Tannodji)提出，后者由朱棣文提出，他們利用這種技術分別獲得了低于光子反沖極限的極低溫度。此后，人們還發(fā)展了磁場和激光相結合的一系列冷卻技術，其中包括偏振梯度冷卻、磁感應冷卻等等。朱棣文、柯亨-達諾基和菲利浦斯三人也因此而獲得了1997年諾貝爾物理學獎。