Co to jest chłodzenie laserowe?
Chłodzenie laserowe odnosi się do różnych technik stosowanych do schładzania próbek atomowych i molekularnych do temperatury bliskiej zeru bezwzględnego. Techniki chłodzenia laserowego opierają się na fakcie, że atom (dowolnej próbki metalu) zmienia swój pęd (i energię), gdy absorbuje, a następnie ponownie emituje foton.
Temperatura termodynamiczna atomu lub zespołu cząsteczek zależy od zmienności ich pędu lub prędkości. Gdy prędkości cząstek są jednorodne, ich łączna temperatura jest niższa. Ta zasada termodynamiczna jest połączona ze spektroskopią atomową do przeprowadzania technik chłodzenia laserowego na próbkach molekularnych lub atomowych.
Jaka jest zasada chłodzenia laserowego?
Chłodzenie laserowe opiera się przede wszystkim na fakcie, że atom (dowolnej próbki metalu) zmienia swój pęd (i energię), gdy pochłania, a następnie ponownie emituje foton. W przypadku chłodzenia lasera częstotliwość lasera jest dostrojona poniżej częstotliwości fali emitowanej przez przejście atomowe.
Gdy atom zbliża się do wiązki laserowej, w wyniku efektu Dopplera częstotliwość światła wzrasta w stosunku do atomu. Dlatego atomy poruszające się w kierunku wiązki laserowej mają zwiększone prawdopodobieństwo zaabsorbowania fotonu. Odwrotna sytuacja ma miejsce, gdy atomy oddalają się od wiązki laserowej.
Co to jest efekt Dopplera?
Efekt Dopplera lub przesunięcie Dopplera odnosi się do zmiany częstotliwości fali w stosunku do obserwatora poruszającego się wzdłuż źródła fali. Kiedy fale ze źródła zbliżają się do obserwatora, każda fala zajmuje nieco mniej czasu niż poprzednia. Zatem skraca się czas trwania kolejnych szczytów fal zbliżających się do obserwatora. W związku z tym częstotliwość jest zwiększona. I odwrotnie, gdy źródło fali oddala się od obserwatora, wydłuża się czas i zmniejsza się częstotliwość.
Jakie są rodzaje chłodzenia laserowego?
Różne techniki chłodzenia laserowego to:
Chłodzenie dopplerowskie:
Chłodzenie Dopplera najczęściej stosowana technika chłodzenia laserowego. Chłodzenie dopplerowskie polega na dostrojeniu częstotliwości światła nieco poniżej przejście elektroniczne w atomie. Atomy pochłaniają więcej fotonów, gdy zbliżają się do źródła światła z powodu efektu Dopplera, gdy światło jest odstrojone do niższej częstotliwości. W związku z tym atomy rozpraszają więcej fotonów i za każdym razem tracą pęd odpowiadający pędowi fotonu. Wraz ze spadkiem pędu energia kinetyczna atomów zmniejsza się, tym samym obniżając ogólną temperaturę próbki do granicy chłodzenia Dopplera (około 150 mikrokelwinów)
Chłodzenie Syzyfa:
Chłodzenie syzyfowe jest również znane jako chłodzenie gradientu polaryzacji. Jest to odmiana techniki chłodzenia lasera, która polega na świeceniu na próbkę atomu lub cząsteczki dwóch przeciwbieżnych wiązek laserowych o polaryzacji ortogonalnej. W wyniku działania dwóch interferujących wiązek laserowych powstaje fala stojąca. Atomy mają tendencję do utraty energii kinetycznej, gdy poruszają się wraz z falą stojącą w kierunku wyższego potencjału. Przy maksymalnym potencjale pompowanie optyczne przenosi atomy do stanu o niższej energii, usuwając uzyskaną energię potencjalną. Ta utrata energii przyczynia się do ochłodzenia atomów poniżej granicy chłodzenia Dopplera.
Rozwiązane chłodzenie pasma bocznego:
Rozdzielone chłodzenie pasma bocznego to kolejny wariant technik chłodzenia laserowego, który specjalizuje się w schładzaniu ściśle związanych jonów i atomów poniżej granicy chłodzenia dopplerowskiego. Rozdzielone chłodzenie pasma bocznego na ogół przeprowadza się po zastosowaniu chłodzenia dopplerowskiego w celu uwięzienia atomów w ich ruchu stan podstawowy. Ochłodzony atom jest wtedy uważany za dobry kwantowo-mechaniczny oscylator harmoniczny. W tej technice chłodzenie uzyskuje się poprzez dostrojenie częstotliwości wiązki laserowej do dolnej czerwonej wstęgi bocznej.
Chłodzenie Ramana Sideband:
Chłodzenie pasma bocznego Ramana odnosi się do techniki chłodzenia sub-cewki, która chłodzi atomy poniżej granicy chłodzenia Dopplera za pomocą metod optycznych. W przypadku chłodzenia Ramana proces rozpoczyna się od atomów obecnych w pułapce magnetooptycznej. Miejsca zawierające atomy można przekształcić w pułapkę harmoniczną, jeśli lasery sieci optycznej są wystarczająco mocne. Atomy prawdopodobnie zostaną uwięzione na jednym z poziomów oscylatora harmonicznego. Głównym celem chłodzenia pasma bocznego Ramana jest wprowadzenie atomów sieci w stan podstawowy potencjału harmonicznego. Zapewnia to dużą gęstość atomów w niskiej temperaturze.
Jakie są zastosowania chłodzenia laserowego?
Chłodzenie laserowe jest wykorzystywane głównie do celów eksperymentalnych. Eksperymenty z fizyki kwantowej wymagają ultrazimnych atomów, które są generowane przez chłodzenie laserowe. Efekty kwantowe, takie jak kondensacja Bosego-Einsteina, wymagają atomów w pobliżu temperatury zera absolutnego. Wcześniej chłodzenie laserem prowadzono tylko na atomach. Jednak obecnie chłodzenie laserowe przeprowadza się na bardziej złożonych układach, takich jak cząsteczka dwuatomowa lub obiekt w makroskali. Chłodzenie laserowe wniosło duży wkład w badanie cząstek kwantowych.
Aby dowiedzieć się więcej o laserach, odwiedź https://techiescience.com/laser-physics/
Przeczytaj także:
- Czyszczenie laserowe
- Laser ekscymerowy
- Laserowe osadzanie metalu
- Spawanie wiązką laserową
- Trawienie laserowe
- Wiercenie laserowe
- Fizyka laserowa
- Laser
- Lasery światłowodowe
- Mikrofon laserowy
Cześć, jestem Sanchari Chakraborty. Zrobiłem magisterium z elektroniki.
Zawsze lubię odkrywać nowe wynalazki w dziedzinie elektroniki.
Jestem chętnym uczniem, obecnie inwestuję w dziedzinę optyki stosowanej i fotoniki. Jestem także aktywnym członkiem SPIE (Międzynarodowe stowarzyszenie optyki i fotoniki) oraz OSI (Indyjskie Towarzystwo Optyczne). Moje artykuły mają na celu przybliżenie tematów badań naukowych wysokiej jakości w prosty, ale pouczający sposób. Nauka ewoluuje od niepamiętnych czasów. Próbuję więc wykorzystać tę ewolucję i przedstawić ją czytelnikom.
Połączmy się przez