激光制冷技術(shù)及其應(yīng)用實用教案

1、l一、引言l二、激光制冷的概述(i sh)及發(fā)展歷史l三、理論推導(dǎo)l四、激光制冷的應(yīng)用OUTLINE第1頁/共20頁第一頁，共21頁。 操縱單個原子(yunz)的夢想 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)動強(qiáng)度的物理量。 光具有壓力，光與原子(yunz)共振時，原子(yunz)受到的光壓就很大。共振光壓比重力大10萬倍引言(ynyn)第2頁/共20頁第二頁，共21頁。激光冷卻的發(fā)展(fzhn)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(t ch)激光冷卻III.1978年Ashkin提出(t ch)原子俘獲的想

2、法IV.1985年朱棣文實現(xiàn)原子三維冷卻V.1986年實現(xiàn)三維原子捕獲（10-4K）VI.1987年亞多普勒冷卻(10-5K)VII. 1995年實現(xiàn)波色-愛因斯坦凝聚(nK)華裔科學(xué)家朱棣文 因激光冷卻和俘獲原子(yunz)的技術(shù)獲得1997年諾貝爾物理學(xué)獎。第3頁/共20頁第三頁，共21頁。亨斯和肖洛實驗(shyn)（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 時吸收幾率最大2cvvvcv同向 第4頁/共20頁第四頁，共21頁。鈉原子(yunz)的589nm的共振光而言,其減速效果相當(dāng)于十萬倍的重力加速度!00cvvvvvcv將激光的頻率調(diào)節(jié)到負(fù)失

3、諧處即 略小于 . 滿足 亨斯和肖洛實驗(shyn)（1975）光子動量與原子動量反向(fn xin),原子將損失動量而減速第5頁/共20頁第五頁，共21頁。理論(lln)推導(dǎo)第6頁/共20頁第六頁，共21頁。理論(lln)推導(dǎo)又因為：第7頁/共20頁第七頁，共21頁。理論(lln)推導(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中受到的平均輻射壓力為激發(fā)態(tài)能級寬度第8頁/共20頁第八頁，共21頁。00Er =Er =-k r在單色駐波場中，電場振幅不隨位置改變即 （ ） ， （ ）理論(lln)推導(dǎo)第9頁/共20頁第九頁，共21頁。當(dāng)光子在兩束相向的激光中運(yùn)動時，受到

4、兩束激光的作用力為：理論(lln)推導(dǎo)第10頁/共20頁第十頁，共21頁。多普勒極限(jxin)溫度第11頁/共20頁第十一頁，共21頁。240 K1985年朱棣文用三對相互垂直的激光束把鈉原子氣體溫度冷卻到，這個結(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(jgung)冷卻實驗第12頁/共20頁第十二頁，共21頁。多普勒極限(jxin)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驗中得到鈉原子溫度為，低于多普勒極限年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)得到鈉原子的冷卻溫度為第13頁/共20頁第十三頁，共21頁。激光制冷(zhlng)的應(yīng)用n 原子(yunz)噴泉與原子

5、(yunz)鐘n 原子(yunz)干涉儀n 原子(yunz)光刻n 原子(yunz)激光第14頁/共20頁第十四頁，共21頁。原子(yunz)噴泉與原子(yunz)鐘-16銫原子鐘，可精確到2 10第15頁/共20頁第十五頁，共21頁。原子(yunz)干涉儀 原子因其波動性而產(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(bchng)可達(dá)亞微米，原子干涉現(xiàn)象就很容易被觀察和利用。第16頁/共20頁第十六頁，共21頁。原子(yunz)光刻1995年，美國國家標(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(biomin)產(chǎn)生了金

6、的微納米圖形第17頁/共20頁第十七頁，共21頁。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 陳國邦 馮仰浦，激光制冷(zhlng)，低溫與超導(dǎo)，第30卷 第3期（2002） MTInews湯珂 陳國邦 馮仰浦， 激光(jgung)制冷， 低溫與超導(dǎo) 第30卷 第3期（中國科學(xué)院上海光機(jī)所量子光學(xué)實驗室）第18頁/共20頁第十八頁，共21頁。第19頁/共20頁第十九頁，共21頁。謝謝您的觀看(gunkn)！第20頁/共20頁第二十頁，共21頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)一、引言。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)動強(qiáng)度的物理量。光具有壓力，光與原子共振時，原子受到的光壓就很大。鈉原子的589nm的共振光而言,其減速效果相當(dāng)于十萬倍的重力加速度。光子動量與原子動