什么是激光冷卻(Laser Cooling)？
激光冷卻是一種用激光使原子變慢，從而冷卻原子的方法。通常我們把激光看作是加熱物體，在宏觀尺度上確實是這樣，但是對于單個原子或小原子群來說，激光可以用來冷卻原子。這是有史以來產生的最冷溫度，不到50億分之一開爾文（0....
激光冷卻是一種用激光使原子變慢，從而冷卻原子的方法。通常我們把激光看作是加熱物體，在宏觀尺度上確實是這樣，但是對于單個原子或小原子群來說，激光可以用來冷卻原子。這是有史以來產生的最冷溫度，不到50億分之一開爾文（0.5納米Kelvins）是通過激光冷卻和蒸發冷卻相結合來實現的。這些溫度是通過微量的擴散氣體來實現的。
激光冷卻裝置有選擇地減慢在某個方向上移動的原子超過閾值速度。激光的主要機制是冷卻會使原子以隨機的方向吸收和發射光子。只要原子的速度大于光子發射的反沖速度，總的速度就會降低。如果你漂浮在氣墊船上，朝一個方向移動一個顯著的速度，然后隨機地把金屬球從氣墊船，最終你的速度會變慢，你的運動將完全取決于投擲球的反沖效應。這就是激光冷卻的工作原理。激光冷卻有選擇性地瞄準在氣體中以特定方向和速度運動的原子。通過將光調諧到特定頻率，剛好低于共振頻率對于物質來說，激光陷阱只針對那些朝它移動的原子。這是由于多普勒效應-當原子朝著源激光移動時，光的頻率從那個原子的角度增加。這是同樣的原因，聲音頻率隨著火車速度的變化而變化觀測者-源和目標之間的相對速度控制視在頻率對于不以該臨界速度運動的原子，它們對激光是透明的，因此不受激光的影響。當光相對于激光冷卻阱中某些原子的表觀頻率剛好合適時，原子吸收入射光子，暫時獲得更高的能量，然后發射一個光子。因此，激光冷卻裝置有選擇地減慢在某個方向上移動的原子超過閾值的速度。通過將激光排列在一個三維矩陣中，圍繞著擴散氣體，所有三個自由度的原子速度都可以被抑制，導致原子運動減少，從而降低溫度。氣體必須擴散以確保光子不會被相鄰原子重新吸收。緩慢地控制激光頻率也有幫助，因為它可能需要幾個階段的冷卻才能將氣體降低到所需的溫度。小心操作，也許你能得到你一直想要的研究經費。
激光冷卻裝置有選擇地減慢在某個方向上移動的原子超過閾值速度。激光的主要機制是冷卻會使原子以隨機的方向吸收和發射光子。只要原子的速度大于光子發射的反沖速度，總的速度就會降低。如果你漂浮在氣墊船上，朝一個方向移動一個顯著的速度，然后隨機地把金屬球從氣墊船，最終你的速度會變慢，你的運動將完全取決于投擲球的反沖效應。這就是激光冷卻的工作原理。激光冷卻有選擇性地瞄準在氣體中以特定方向和速度運動的原子。通過將光調諧到特定頻率，剛好低于共振頻率對于物質來說，激光陷阱只針對那些朝它移動的原子。這是由于多普勒效應-當原子朝著源激光移動時，光的頻率從那個原子的角度增加。這是同樣的原因，聲音頻率隨著火車速度的變化而變化觀測者-源和目標之間的相對速度控制視在頻率對于不以該臨界速度運動的原子，它們對激光是透明的，因此不受激光的影響。當光相對于激光冷卻阱中某些原子的表觀頻率剛好合適時，原子吸收入射光子，暫時獲得更高的能量，然后發射一個光子。因此，激光冷卻裝置有選擇地減慢在某個方向上移動的原子超過閾值的速度。通過將激光排列在一個三維矩陣中，圍繞著擴散氣體，所有三個自由度的原子速度都可以被抑制，導致原子運動減少，從而降低溫度。氣體必須擴散以確保光子不會被相鄰原子重新吸收。緩慢地控制激光頻率也有幫助，因為它可能需要幾個階段的冷卻才能將氣體降低到所需的溫度。小心操作，也許你能得到你一直想要的研究經費。
- 發表于 2020-09-08 00:08
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- 分類：科學教育
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