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原子激光器原理及应用前景分析

导读: 1997年1月27日,美国麻省理工学院的物理学家根据量子学理论,在人类科学史上首次用钠原子制造出与普通光子激光有某些相似特性的原子激光,这一实验在物理学界引起轰动。

  1997年1月27日,美国麻省理工学院的物理学家根据量子学理论,在人类科学史上首次用钠原子制造出与普通光子激光有某些相似特性的原子激光,这一实验在物理学界引起轰动。

  《科学》和《物理评论通讯》两大学术刊物同时报道了这一成果。沃尔夫冈·凯特尔博士和同事制造的原子激光与普通激光最大的相似之处是它们的粒子都是相干的,普通激光产生的是相干的光子,原子激光产生的是相干的原子。原子激光目前还不能像普通激光那样穿越空气,但这种相干脉动原子束将来有可能被用来制造毫微型线路和其他毫微结构,并可用来制造超精细测量系统。

  凯特尔博士和五位同事在《科学》杂志上撰文说,他们在实验中先是利用普通激光和磁场把钠原子气体冷却到接近绝对零度(零下273摄氏度)的状态,使原子速度和动量接近于零,然后制造出两滴各含100万个原子的玻色—爱因斯坦冷凝液。

  之后他们将激光切断,用一种特制的摄像设备于1996年11月16日凌晨3时拍下了处于真空状态中的两滴冷凝液相交时出现的相干相象,在世界上首次制造出原子激光。

  此间有关专家指出,37年前普通激光被发明时,谁也想不到它会有如此广泛的用途;麻省理工学院科学家们的发现除了在物理学上具有重大意义外,其实际利用的潜在价值也很大。

  原子激光简介

  以物质波形态运动的原子,其波长参差不一,如果能将波长一致且较长的物质波大量地汇聚在一起,并把它们射向同一个方向,就能明显地显示波特有的性质,并具有激光的特性,这就是原子激光。

  1、原子激光器及其技术实现

  随着激光冷却中性原子技术的飞速进步.超冷原子物理学蓬勃的发展起来。所谓“超冷”是指原子作为整体的平动速度极低,对应温度低于lmK。在超冷原子物理学中特别有意义的是原子气体的玻色一爱因斯坦凝聚(BEC)和原子激光器的实现。采用激光冷却和捕陷技术形成所谓的“超冷原子”后,人们已经注意到这些“超冷原子”具有很多新的特点,当原子的温度足够低,原子气体的浓度足够高时,可以形成BEC,即大量原子处于相同的最低量子态,这是物理学家们渴望观察的重要物理现象。

  原子激光器,又称物质波激光器,它可以发射出高密度、高相干性、低发散度的原子束,其在光学上的对应是光激光器(通称激光器)。

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