第九讲激光冷却和波色爱因斯坦凝聚.ppt

各向同性激光辐射与具有热速度分布原子气体冷却

第30页，共56页，星期日，2025年，2月5日实验由三对相向、频率满足Δω=ω-ω0=K·v0，即多普勒线型低频端（红移）

第31页，共56页，星期日，2025年，2月5日激光扫频法：(FrequencyChirping)基本思想是让冷却激光的频率连续跟随原子多普勒频移的变化，持续保持共振。这种方法在使用中得到了发展，成功地将原子束减速。第32页，共56页，星期日，2025年，2月5日激光冷却原子在科学上的意义大大提高了高分辨率激光谱研究精度。从而有力推动原子、分子物理学的进步。当原子运动速度接近至0，将被捕获在一个小区域，一切由原子热运动造成的谱线加宽（多普勒加宽、碰撞加宽、渡越加宽、相对论加宽等）都将被消除。原子谱线只有由能级跃迁的量子性质决定的自然加宽。同时由原子被捕获区域可以长时间的观测到，提高观察灵敏度和精度。第33页，共56页，星期日，2025年，2月5日激光冷却原子在科学上的意义开辟了新的原子、分子物理和光物理的研究领域。例如在研究光场和原子相互作用的基础上，形成了原子光学的新分支。借助光场可以使中性原子聚焦、准直、反射、分束、偏转。 由于冷原子的德布罗意波长λP=h/p=h/mv（v：原子速度，m：原子质量）较长，还可以研究原子干涉，原子衍射等物质波现象，形成德布罗意光学。激光冷却原子使原子钟的精度提高2~3个量级。第34页，共56页，星期日，2025年，2月5日激光冷却原子在科学上的意义第一、激光冷却原子最基本的思想是：原子对光子吸收再发射，动量守恒和能量守恒。第二、多普勒冷却激光频率ω=ω0+K·V，满足ω-ω0 =K·V0；第三、光学粘胶。可以冷却任意方向速度的原子，是该研究领域的一次突破，美籍华人朱棣文在这方面做了开创性的工作；第四、冷冻原子在高分辨率光谱学，量子频标，原子、分子物理学新分支（原子光学、德布罗意光学）玻色~爱因斯坦凝聚等方面应用前景广阔。第35页，共56页，星期日，2025年，2月5日原子钟原子钟诞生于50年代，是时间标准发展史上一次巨大的飞跃，它利用了原子量各能级的辐射跃迁hν=E2-E1。ν=(E2-E1)/h是相关跃迁的频率，它是原子的固有频率。优点：由于原子存在的普通性、长久性、能级的稳定性，原子钟的固有频率ν是确定的。由于Cs原子的核磁矩不为0，它的基态超精细结构有两个子能级，分别用量子数F=3，4表示。这两个能级间的跃迁频率为9.2GHz，正处于微波区，可以作为频率标准，其作用相当于石英钟的石英片。第36页，共56页，星期日，2025年，2月5日原子钟1967年在零磁场下原子基态两个精细结构之间的跃迁频率作为国际通用的频率标准。1秒定义为相应的电磁波持续9192.631770个周期的时间，即原子秒。我国原子钟1981年鉴定（中国计量学院）第37页，共56页，星期日，2025年，2月5日铯原子钟装置第38页，共56页，星期日，2025年，2月5日Laserfusion激光核聚变中东战争、油价上涨、能源危机、温室效应寻求更丰富、更廉价、更清洁的能源—核能激光核聚变第39页，共56页，星期日，2025年，2月5日Laserfusion激光核聚变氢元素的原子核（D氘-H2，T氚-H3）可控制地在高温下聚合成重原子核，发出大量能量?可控氢弹氘+氘——————氚+质子+4Mev点火条件(4亿度维持1秒）1克氘聚变可产生10万度电能第40页，共56页，星期日，2025年，2月5日Laserfusion激光核聚变第41页，共56页，星期日，2025年，2月5日激光聚变的四个阶段第42页，共56页，星期日，2025年，2月5日美国核聚变装置图第43页，共56页，星期日，2025年，2月5日上海光机所神光Ⅱ号装置第44页，共56页，星期日，2025年，2月5日2005年诺贝尔物理学奖获得者德国特奥多尔.亨施(63岁)---激光的精密光谱学发展美国约翰.霍尔(71岁)---激光的精密光谱学发展美国罗伊.格劳贝尔(80岁)—对光学量子理论做贡献第45页，共56页，星期日，2025年，2月5日第46页，共56页，星期日，2025年，2月5日朱棣文

——华裔诺贝尔奖得主第47页，共56页，星期日，2025年，2月5日学生时代中学时，朱棣文的成绩