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激光制冷作者:潘伯津课程:物理学与人类文明激光制冷激光制冷原理一、光的多普勒效应激光制冷发展普勒激光制冷的发展一、提出1975年,汉胥和肖洛首先建议用相向传播的激光束使中性原子冷却。他们的方法是:把激光束调谐到略低于原子的谐振跃迁频率,利用多普勒原理就可使中性原子冷却。朱棣文三、俘获1987年,由于利用磁光陷阱,有了新的突破,它是用上述六束激光再加上两个线圈组成。线圈产生微小变化的磁场,该磁场最小值处于激光相交的位置,由于塞曼效应。就会产生一个比重力大的力,从而把原子拉回到陷阱中心。从而原子被约束在一个很小的区域。亚多普勒冷却从多普勒激光冷却原理可知,多普勒激光冷却是有一个温度极限的,但是,科学家们却发现冷却的原子温度却低于这个极限温度。于是,又促成了了亚多普勒冷却。亚多普勒冷却从此之后所提出的几种冷却方式偏振梯度冷却选择相干布居数囚禁拉曼跃迁冷却单分子激光制冷就在最近,美国耶鲁大学的爱德华·舒曼和戴维·德米尔,使用了既有技术和几项新技术,把氟化锶(SrF)冷冻到仅有几百微开氏度。从而使超低温激光冷却扩展到分子领域。激光制冷前景展望激光制冷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。玻色-爱因斯坦凝聚其是由1924年印度物理学家玻色提出,但由于温度条件的限制,直到1995年才在实验室实现。超冷分子两个多月以前,自然杂志报道,科学家使用激光,把分子冷冻到接近绝对零度,这是单分子激光制冷首次达到这样的低温。向控制物质化学物理过程,制造量子计算机迈进了一大步。量子计算机量子计算机是通过量子分裂式、量子修补式来进行一系列的大规模高精确度的运算的。其浮点运算性能是普通家用电脑的CPU所无法比拟的,量子计算机大规模运算的方式其实就类似于普通电脑的批处理程序,其运算方式简单来说就是通过大量的量子分裂,再进行高速的量子修补,但是其精确度和速度也是普通电脑望尘莫及的。**激光制冷原理激光制冷发展激光制冷应用及前景展望波在波源移向观察者时频率变高,而在波源远离观察者时频率变低V减小V增大太阳帆二、光子没有静质量但却具有动量,旁边的图片就是利用光子的动量产生光压这一原理设计的太阳帆模型,可用于将来的宇宙旅行。三、量子力学提出,原子只能吸收特定的光子,到达激发态,从而动量改变用激光束照射向各个方向上的原子光子频率减小原子与光子运动方向相同光子频率增大原子与光子运动方向相不同激光器频率略小于原子受激频率光的多普勒效应光子不被吸收原子动量减小被冷却原子动量不变光子被吸收1985年,华裔科学家朱棣文和他的同事在美国新泽西州荷尔德尔(Holmdel)的贝尔实验室进一步用两两相对互相垂直的六束激光使原子减速,其被称之为“光学粘胶”。聚集了大量的冷却下来的原子,组成了肉眼看去像是豌豆大小的发光的气团。这一现象并为维持多久,因为其并未使原子陷俘。二、光学粘胶1997年12月10日他获得了诺贝尔物理学奖,是第五位获得诺贝尔奖的华人。他研究出用激光把原子冷却至超低温,发展出激光冷却和俘获原子的技术。激光冷却和“捕获”钠原子的过程除此之外,其应用有: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、费米子凝聚态、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。然后还有最近的超冷分子,其为量子计算机的制造提供了可能性依据。然后这是最近的一篇新闻报道:??德国波恩大学物理学家应用激光冷却技术实现了光子的高密度集中,这一技术有望提高太阳能电池的效率,使其在阴天也能高效工作。据悉,德国波恩大学物理学家是使用超强反射的拱形镜面收集阳光,让光束能够被聚成激光并在镜面间不断循环,镜面间是铷气。激光在轰击铷原子的过程中会消耗比其本身更多的能量,致使铷气温度急剧下降。正因如此,光的运动也随之减弱并聚集得更紧密,形成被称为玻色-爱因斯坦凝聚体的光子团。高密度的光能够提高太阳能电池的效率。由于其独特的拱形镜面设计,即便在阴天也能有效收集光线。某些原子的温度足够低时,会有相变—新的物质状态产生,所有的原子会突然聚集在一种尽可能低的能量状态,这就是我们所说的玻色-爱因斯坦凝聚。BEC可以用来设计精确度更高的原子钟,以应用于太空航行和精确定位等。然后的话,原子激光也是通过BEC实现的。*
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