激光制冷技術(shù)及其應(yīng)用

1、激光制冷技術(shù)及其應(yīng)用原子物理報(bào)告1l一、引言l二、激光制冷的概述及發(fā)展歷史l三、理論推導(dǎo)l四、激光制冷的應(yīng)用OUTLINE 操縱單個(gè)原子的夢(mèng)想 在微觀層面，溫度 是表示處于熱平衡狀態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)中微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的物理量。 光具有壓力，光與原子共振時(shí)，原子受到的光壓就很大。共振光壓比重力大10萬(wàn)倍引言激光冷卻的發(fā)展歷史I.1933年鈉燈使鈉原子束發(fā)生略微的偏轉(zhuǎn)。II. 1975年Hansch和Shawlow 提出激光冷卻III. 1978年Ashkin提出原子俘獲的想法IV. 1985年朱棣文實(shí)現(xiàn)原子三維冷卻V. 1986年實(shí)現(xiàn)三維原子捕獲（10-4K）VI. 1987年亞多普勒冷卻(10-

2、5K)VII.1995年實(shí)現(xiàn)波色-愛(ài)因斯坦凝聚(nK)華裔科學(xué)家朱棣文 因激光冷卻和俘獲原子的技術(shù)獲得1997年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。亨斯和肖洛實(shí)驗(yàn)（1975）cvvvcv相向 0vv原子吸收光子有共振作用.即光頻率 等于原子本征頻率 時(shí)吸收幾率最大2cvvvcv同向 鈉原子的589nm的共振光而言,其減速效果相當(dāng)于十萬(wàn)倍的重力加速度!00cvvvvvcv將激光的頻率調(diào)節(jié)到負(fù)失諧處即 略小于. 滿足 亨斯和肖洛實(shí)驗(yàn)（1975）光子動(dòng)量與原子動(dòng)量反向,原子將損失動(dòng)量而減速理論推導(dǎo)理論推導(dǎo)又因?yàn)椋豪碚撏茖?dǎo)EBloch 將上式中 ， 代入，再由光學(xué)方程，得到原子在單色光波場(chǎng)中受到的平均輻射壓力為激發(fā)態(tài)能級(jí)

3、寬度00Er =Er =-k r在單色駐波場(chǎng)中，電場(chǎng)振幅不隨位置改變即 （ ） ， （ ）理論推導(dǎo)當(dāng)光子在兩束相向的激光中運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到兩束激光的作用力為：理論推導(dǎo)多普勒極限溫度240 K1985年朱棣文用三對(duì)相互垂直的激光束把鈉原子氣體溫度冷卻到，這個(gè)結(jié)果與理論預(yù)言的多普勒極限基本相符。朱棣文三維激光冷卻實(shí)驗(yàn)多普勒極限的突破198760198840KK年，上海光機(jī)所的研究小組在一維冷卻鈉原子的實(shí)驗(yàn)中得到鈉原子溫度為，低于多普勒極限年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)得到鈉原子的冷卻溫度為激光制冷的應(yīng)用n 原子噴泉與原子鐘n 原子干涉儀n 原子光刻n 原子激光原子噴泉與原子鐘-16銫原子鐘，可精確到2 10原

4、子干涉儀 原子因其波動(dòng)性而產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。由于原子束單色化技術(shù)和激光冷卻技術(shù)的發(fā)展，使速度單一的原子的德布羅意波長(zhǎng)可達(dá)亞微米，原子干涉現(xiàn)象就很容易被觀察和利用。原子光刻1995年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所和哈佛大學(xué)的科學(xué)家們成功地運(yùn)用中性原子代替光子和電子，在硅表面產(chǎn)生了金的微納米圖形參考文獻(xiàn) 王育竹 徐震，激光冷卻及其在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用，物理學(xué)進(jìn)展，第25卷，第4期 趙東，三種激光冷卻機(jī)制的理論分析，2007Laser Cooling and Trapping， Advanded Optics LaboratoryE.S.Shuman， J.F.Barry& D.DeMille， Laser cooling of a diatomic molecule， NATURE 467， 820-823(2010) 湯珂 陳國(guó)邦 馮仰浦，激光制冷，低溫與超導(dǎo)，第30卷 第