低温魔术激光制冷

作为二十世纪四大发明之一，也被称为计算机，半导体和原子能，激光技术已在许多行业中得到广泛应用。但是，在激光方面，大多数人会想到其在机械加工中的应用。实际上，除了工业切割，焊接和医学美学应用外。激光器还有许多其他用途，例如冷却应用。激光冷却的概念最早是由苏联学者于1962年提出的，经过一段时间的沉默后，学术界对此并不关心。 1985年，美国著名华裔科学家朱锡文使用激光冻结原子，成功地实现了低温环境，并因此获得了1997年物理学奖。 1997年诺贝尔物理学奖获得者：朱锡文多普勒冷却技术那么，为什么激光可以冷却呢？通常情况下，物体的原子总是不规则地运动，这在物理学上称为热运动。原子的运动越剧烈，物体的温度就越高，温度就越低。因此，如果有降低原子速度的方法，则可以降低物体的温度。激光冷却的原理通常可以理解为：使用大量光子来阻碍原子的运动，从而降低原子的运动速度，从而达到降低物体温度的目的。激光是一束高度集中的能量。因为它发出的光粒子方向一致，所以这些粒子非常集中。当激光束进入物体时，由于进入的粒子数量非常大，物体中的粒子变得非常拥挤，它们无法像以前一样“活着并跳跃”，从而降低了分子的热运动。这种激光冷却技术被称为多普勒冷却技术。 1995年，Danocky小组使用多普勒冷却技术将铯原子冷却到2.8 nK的低温。德国伯尔尼大学的物理学家使用这种技术来实现高密度的光子浓度。这项技术在太阳能电池上非常有前途，它可以使太阳能电池在阴天时有效地工作。反斯托克斯荧光冷却技术多普勒冷却是激光冷却的最基本机制。后来，开发了一种称为反斯托克斯荧光冷却技术的技术。这项技术的概念最早是由P. Pringsheim在1929年提出的。这种冷却方法的基本原理是反斯托克斯效应，它利用散射和入射光子之间的能量差来实现冷却。反斯托克斯效应是一种特殊的散射效应，其中散射的荧光光子的波长短于入射光子的波长。因此，散射的荧光光子的能量高于入射光子的能量。该过程可以简单地理解为：使用低能激光光子来激发发光介质，并且发光介质散射高能光子，从而将发光介质中的原始能量从介质中吸收出来，冷却。与传统的冷却方法相比，激光提供冷却能力，而散射的反斯托克斯荧光是热载体。 1995年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室太空制冷技术研究小组的爱泼斯坦和他的同事们首次通过激光诱导的抗斯托克斯荧光技术成功获得了可测量的固体材料冷却能力。 1999年，低温物理学家E. Finkeipen使用掺杂的蓝宝石激光器激发GaAs / GaAl半导体量子阱材料中的空穴激子，以实现空穴激子的反斯托克斯荧光发射。效率和冷却温度之间的关系。 2010年，科学家使用激光将分子冻结到接近零的绝对值。这是单分子激光制冷首次达到如此低的温度，这是朝着控制化学和物理过程以及制造量子计算机迈出的重要一步。随着技术的不断成熟，激光冷却开始获得许多应用。例如，原子光学，原子蚀刻，原子钟，光镊，高分辨率等基础研究。它也可以用于金属焊接和人体手术。我相信这项技术将来会被更广泛地使用。