Co je laserové chlazení?
Laserové chlazení se týká různých technik používaných pro ochlazení atomových a molekulárních vzorků na teplotu blízkou absolutní nule. Techniky laserového chlazení jsou založeny na skutečnosti, že atom (jakéhokoli kovového vzorku) mění svou hybnost (a energii), když absorbuje a poté znovu emituje foton.
Termodynamická teplota souboru atomů nebo molekul závisí na změně jejich hybnosti nebo rychlosti. Když jsou rychlosti částic homogenní, jejich společná teplota je nižší. Tento termodynamický princip je kombinován s atomovou spektroskopií pro provádění technik chlazení laserem na molekulárních nebo atomových vzorcích.
Jaký je princip laserového chlazení?
Laserové chlazení je primárně založeno na skutečnosti, že atom (jakéhokoli kovového vzorku) mění svou hybnost (a energii), když absorbuje a poté znovu emituje foton. Pro chlazení laseru je frekvence laseru naladěna pod frekvenci vlny emitované atomovým přechodem.
Když se atom přiblíží k laserovému paprsku, v důsledku Dopplerova jevu se frekvence světla vzhledem k atomu zvyšuje. Proto atomy, které se pohybují směrem k laserovému paprsku, mají zvýšenou pravděpodobnost pohlcení fotonu. Opak se stane, když se atomy vzdálí od laserového paprsku.
Jaký je Dopplerův jev?
Dopplerův efekt nebo Dopplerův posun označuje změnu frekvence vlny vzhledem k pozorovateli pohybujícímu se podél zdroje vlny. Když se vlny ze zdroje přiblíží k pozorovateli, každá vlna trvá o něco méně času než předchozí vlna. Časové rozpětí postupného vlnového hřebenu blížícího se k pozorovateli je tedy zkráceno. Proto se frekvence zvyšuje. Naopak, když se zdroj vln vzdálí od pozorovatele, časová prodleva se zvýší a frekvence se sníží.
Jaké jsou typy laserového chlazení?
Různé techniky laserového chlazení jsou:
Dopplerovo chlazení:
Dopplerovo chlazení nejčastěji používanou technikou laserového chlazení. Dopplerovo chlazení zahrnuje vyladění frekvence světla trochu pod elektronický přechod v atomu. Atomy absorbují více fotonů, když se pohybují směrem ke zdroji světla kvůli Dopplerovu jevu, protože světlo je detunováno na nižší frekvenci. Atomy proto rozptylují více fotonů a pokaždé ztrácejí hybnost ekvivalentní hybnosti fotonu. S poklesem hybnosti se kinetická energie atomů sníží, čímž se sníží celková teplota vzorku na Dopplerovu mez chlazení (která je kolem 150 mikrokelvinů)
Sisyfosové chlazení:
Sisyfosové chlazení je také známé jako polarizační gradientní chlazení. Jedná se o variantu laserové chladicí techniky, která zahrnuje záření dvou proti-šířících se laserových paprsků majících ortogonální polarizaci na vzorku atomu nebo molekuly. Stálá vlna je generována jako výsledek dvou interferujících laserových paprsků. Atomy mají tendenci ztrácet kinetickou energii, když se pohybují spolu se stojatou vlnou směrem k vyššímu potenciálu. Při maximálním potenciálu optické čerpání přesune atomy do stavu nižší energie a odstraní potenciální energii, kterou získal. Tato ztráta energie přispívá k ochlazení atomů pod Dopplerovým limitem chlazení.
Vyřešené chlazení bočního pásma:
Vyřešené chlazení v postranním pásmu je další variantou technik laserového chlazení, které se specializuje na ochlazení pevně vázaných iontů a atomů pod Dopplerovým limitem chlazení. Vyřešené chlazení bočního pásma se obvykle provádí po aplikaci Dopplerova chlazení pro zachycení atomů na jejich pohyb základní stav. Ochlazený atom je poté považován za dobrý kvantově mechanický harmonický oscilátor. V této technice se chlazení dosahuje naladěním frekvence laserového paprsku na spodní červené boční pásmo.
Raman Sideband chlazení:
Ramanovo chlazení postranním pásmem označuje techniku chlazení pod cívkou, která pomocí optických metod chladí atomy pod Dopplerovým limitem chlazení. Při Ramanově chlazení proces začíná od atomů přítomných v magneticko-optické pasti. Místa s atomy lze převést na harmonickou past, pokud jsou lasery optické mřížky dostatečně silné. Atomy budou pravděpodobně zachyceny v jedné z úrovní harmonického oscilátoru. Hlavním cílem chlazení Ramanova postranního pásma je uvést atomy mřížky do základního stavu harmonického potenciálu. To poskytuje vysokou hustotu atomů při nízké teplotě.
Jaká je využití laserového chlazení?
Laserové chlazení se používá hlavně pro experimentální účely. Experimenty kvantové fyziky vyžadují ultrastudené atomy, které jsou generovány laserovým chlazením. Kvantové efekty, jako je Bose-Einsteinova kondenzace, potřebují atomy blízko absolutní nulové teploty. Dříve bylo laserové chlazení prováděno pouze na atomech. V dnešní době se však laserové chlazení provádí na složitějších systémech, jako je diatomická molekula nebo objekt v měřítku. Laserové chlazení hodně přispělo ke studiu kvantových částic.
Chcete-li se dozvědět více o laseru, navštivte https://techiescience.com/laser-physics/
Také čtení:
- Laserové čištění
- Excimerový laser
- Laserové nanášení kovů
- Svařování laserovým paprskem
- Laserové leptání
- Laserové vrtání
- Laserová fyzika
- Laser
- Vláknové lasery
- Laserový mikrofon
Ahoj, jsem Sanchari Chakraborty. Vystudoval jsem elektroniku.
Vždy rád zkoumám nové vynálezy v oblasti elektroniky.
Jsem horlivý student, v současné době investuji do oblasti aplikované optiky a fotoniky. Jsem také aktivním členem SPIE (Mezinárodní společnost pro optiku a fotoniku) a OSI (Optical Society of India). Moje články jsou zaměřeny na přiblížení kvalitních vědeckých výzkumných témat jednoduchým, ale informativním způsobem. Věda se vyvíjí od nepaměti. Takže se snažím nahlédnout do evoluce a představit ji čtenářům.
Pojďme se připojit
