激光制冷技术及其应用

激光制冷技术及其应用原子物理报告1一、引言二、激光制冷的概述及发展历史三、理论推导四、激光制冷的应用OUTLINE操纵单个原子的梦想在微观层面，温度是表示处于热平衡状态的热力学系统中微观粒子热运动强度的物理量。光具有压力，光与原子共振时，原子受到的光压就很大。共振光压比重力大10万倍引言激光冷却的发展历史I.1933年钠灯使钠原子束发生略微的偏转。II.1975年Hansch和Shawlow提出激光冷却III.1978年Ashkin提出原子俘获的想法IV.1985年朱棣文实现原子三维冷却V.1986年实现三维原子捕获（10-4K）VI.1987年亚多普勒冷却(10-5K)VII.1995年实现波色-爱因斯坦凝聚(nK)华裔科学家朱棣文因激光冷却和俘获原子的技术获得1997年诺贝尔物理学奖。亨斯和肖洛实验（1975）'cvvvcv相向0vv原子吸收光子有共振作用.即光频率等于原子本征频率时吸收几率最大2cvvvcv同向钠原子的589nm的共振光而言,其减速效果相当于十万倍的重力加速度!00cvvvvvcv将激光的频率调节到负失谐处即略小于.满足亨斯和肖洛实验（1975）光子动量与原子动量反向,原子将损失动量而减速理论推导理论推导又因为：理论推导EBloch将上式中，代入，再由光学方程，得到原子在单色光波场中受到的平均辐射压力为激发态能级宽度00Er=Er=-kr在单色驻波场中，电场振幅不随位置改变即（），（）理论推导当光子在两束相向的激光中运动时，受到两束激光的作用力为：理论推导多普勒极限温度240K1985年朱棣文用三对相互垂直的激光束把钠原子气体温度冷却到，这个结果与理论预言的多普勒极限基本相符。朱棣文三维激光冷却实验多普勒极限的突破198760198840KK年，上海光机所的研究小组在一维冷却钠原子的实验中得到钠原子温度为，低于多普勒极限年，美国国家标准与技术得到钠原子的冷却温度为激光制冷的应用原子喷泉与原子钟原子干涉仪原子光刻原子激光原子喷泉与原子钟-16铯原子钟，可精确到210原子干涉仪原子因其波动性而产生干涉现象。由于原子束单色化技术和激光冷却技术的发展，使速度单一的原子的德布罗意波长可达亚微米，原子干涉现象就很容易被观察和利用。原子光刻1995年，美国国家标准技术研究所和哈佛大学的科学家们成功地运用中性原子代替光子和电子，在硅表面产生了金的微纳米图形参考文献王育竹徐震，激光冷却及其在科学技术中的应用，物理学进展，第25卷，第4期赵东，三种激光冷却机制的理论分析，2007LaserCoolingandTrapping，AdvandedOpticsLaboratoryE.S.Shuman，J.F.Barry&D.DeMille，Lasercoolingofadiatomicmolecule，NATURE467，820-823(2010)汤珂陈国邦冯仰浦，激光制冷，低温与超导，第30卷第3期（2002）MTInews汤珂陈国邦冯仰浦，激光制冷，《低温与超导》第30卷第3期（中国科学院上海光机所量子光学实验室）