激光冷却技术的发展现状分析

2015-11-25 09:13

　　激光冷却技术及其在科学技术中的应用是近二十年来发展十分迅速的研究领域，它是利用激光和原子的相互作用减速原子运动以获得超低温原子的高新技术。这一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。虽然早在20世纪初人们就注意到光对原子有辐射压力作用，只是在激光器发明之后，才发展了利用光压改变原子速度的技术。激光冷却有许多应用，如：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、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。

　　一．激光冷却技术在半导体材料上的应用研究：

　　激光冷却固体也被称之为光学冰箱，其概念早在1929年就由德国物理学家彼得·普林斯海姆提出。20年后，法国物理学家卡斯特勒（Kastler）等人就提出稀土掺杂的固体材料可能具有激光制冷的潜力。后来科学家有诸多失败的尝试，固体材料的激光制冷直到1995年才第一次被美国洛斯阿拉莫斯国家实验室观察到。他们用波长为1010纳米的激光照射稀土钇掺杂的玻璃，使得物体的温度降低了0.3摄氏度。经过多年的努力，他们在2011年用波长为1020纳米的激光成功的将掺镱氟化钇锂晶体的温度从室温降到零下160摄氏度。这一制冷纪录已经超越基于半导体温差电效应的制冷器件，但是也达到了稀土掺杂材料的最低冷却极限。

　　1.激光冷却技术控制原子漂浮在我们的视线内

　　1975年，德国物理学家汉斯提出了一个设想，可以用激光降低原子的动能，从而给原子制冷，这就像以喷水的方式来使一个行进中的小球静止下来，让它悬浮在空中，任由人们看个明白。1987年朱棣文团队实现了利用激光和磁场将制冷的原子束缚在一个狭小的范围内。冷原子技术应用越来越广泛，中国研制的北斗导航定位系统，其中涉及时间等精确测量都要自己的知识产权。国际上利用冷原子技术制造的最精确的原子钟，其精度已经达到数150亿年才误差1秒。

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