激光冷却的发展历史
I. 1933年钠灯使钠原子束发生略微的偏转。
II. 1975年Hansch和Shawlow 提出激光冷却
III. 1978年Ashkin提出原子俘获的想法
IV. 1985年朱棣文实现原子三维冷却
V. 1986年实现三维原子捕获（10-4K） VI. 1987年亚多普勒冷却(10-5K) VII.1995年实现波色-爱因斯坦凝聚(nK)
理论推导
当光子在两束相向的激光中运动时， 受到两束激光的作用力为：
多普勒极限温度
朱棣文三维激光冷却实验
1985年朱棣文用三对相互垂直的激光束把钠原子气体 温度冷却到240 K，这个结果与理论预言的多普勒极限 基本相符。
多普勒极限的突破
1987年，上海光机所的研究小组在一维冷却 钠原子的实验中得到钠原子温度为60 K， 低于多普勒极限 1988年，美国国家标准与技术得到钠原子的 冷却温度为40 K
华裔科学家朱棣文 因激光冷却和俘获原 子的技术获得1997年诺贝 尔物理学奖。
亨斯和肖洛实验（1975）
原子吸收光子有共振作用. 即光频率v等于原子本征频率v0时吸收几率最大
相向
v' v
cv cv
cv cv
同向
v2 v
亨斯和肖洛实验（1975）
将激光的频率调节到负失谐处 即v 略小于v0 . 满足 v v0 cv cv
原子物理报告
激光制冷技术及其应用
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OUTLINE
一、引言 二、激光制冷的概述及发展历史 三、理论推导 四、激光制冷的应用
引言
操纵单个原子的梦想 在微观层面，温度 是表示处于 热平衡状态的热力学系统中微 观粒子。共振 光压比重力大10万倍
钠原子的589nm的共 振光而言,其减速效 果相当于十万倍的重 力加速度!
光子动量与原子动量反 向,原子将损失动量而减 速
理论推导
理论推导
又因为：
理论推导
将上式中，E代入，再由光学Bloch方程，得到 原子在单色光波场中受到的平均辐射压力
为激发态能级宽度
理论推导
在单色驻波场中，电场振幅不随位置改变 即E（ =E 0 ， （r） =-k r 0 r）
原子光刻
1995年，美国国家标准技术研 究所和哈佛大学的科学家们成 功地运用中性原子代替光子和 电子，在硅表面产生了金的微 纳米图形
参考文献
王育竹 徐震，激光冷却及其在科学技术中的应用，物理学进展，第25卷， 第4期 赵东，三种激光冷却机制的理论分析，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) 汤珂 陈国邦 冯仰浦，激光制冷，低温与超导，第30卷 第3期（2002）
MTInews汤珂 陈国邦 冯仰浦， 激光制冷， 《低温与超导》 第30卷 第3期（中国科学 院上海光机所量子光学实验室）
激光制冷的应用
原子喷泉与原子钟 原子干涉仪 原子光刻 原子激光
原子喷泉与原子钟
铯原子钟，可精确到2 10-16
原子干涉仪
原子因其波动性 而产生干涉现象。 由于原子束单色化技 术和激光冷却技术的 发展，使速度单一的 原子的德布罗意波长 可达亚微米，原子干 涉现象就很容易被观 察和利用。