Лазерное охлаждение

Охлаждение атомов за счет резонансного светового давления продолжается до тех пор, пока не вступают в процесс флуктуации импульса атома, неизбежные в процессе стохастического переизлучения большого числа атомов. При облучении вещества лазерным излучением возникает конкуренция двух процессов — лазерного охлаждения и диффузионного разогрева атомов. Установление баланса между этими процессами приводит к установлению стационарной температуры. Для двухуровневого атома последняя имеет минимальное значение порядка 10 К и определяется однородной шириной резонанс- [c.9]

Столь высокие достижения в лазерном охлаждении газов не могли не стимулировать разработки в области лазерного охлаждения твёрдых тел. После первого твердотельного эксперимента [6], в котором удалось получить понижение температуры образца всего лишь на 0,3°, начался интенсивный поиск путей повышения эффективности лазерного охлаждения. Так, начиная с 1996 года С.Н. Андриановым и одним из авторов данной книги было дано адекватное теоретическое описание эксперимента [6] и ряда последующих экспериментов в рамках метода неравновесного статистического оператора и сделан прогноз возможности лазерного охлаждения молекулярных и примесных кри- [c.11]

Легко видеть, что в процессе поглощения и последующей стоксовой флуоресценции всегда происходит выделение некоторого количества колебательной, т. е. тепловой энергии. При нарушении правила Стокса положение обратное запас колебательной энергии молекулы уменьшается, часть её превращается в излучение. Это важное обстоятельство и используется при лазерном охлаждении примесных твёрдых тел. [c.24]

Величина энергетического выхода той или иной конкретной системы имеет решающее значение в технических проблемах, связанных с практическими применениями люминесценции и, в частности, при лазерном охлаждении твёрдых тел. [c.25]

ТЕОРИЯ ЛАЗЕРНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ [c.60]

Гл. 2. Теория лазерного охлаждения [c.62]

Имея в виду указанные причины, а также то обстоятельство, что задача лазерного охлаждения твёрдых тел имеет в своей основе модельный гамильтониан специального вида, несомненными преимуществами [c.68]

Здесь операторы Ь ,Ь описывают моду электромагнитного поля, выделенную в силу каких-либо физических причин. Здесь полезно заметить, что мода Ь+,6 может быть не только электромагнитной природы и в задаче лазерного охлаждения описывает фонон [124]. В этой связи будем теперь считать, что по-прежнему взаимодействие описывается гамильтонианом Нмр из (2.26), но с новыми эффективными операторами атомной подсистемы [c.70]

Лазерное охлаждение примесных твёрдых тел [c.78]

Рис. 2.2. Схематическое изображение процессов лазерной генерации (слева) и лазерного охлаждения (справа) — охлаждаемый образец тот же, что и активная среда лазера кристалл А0 Ы(1 "

Дальнейшего уменьшения Дм можно добиться, увеличивая время взаимодействия частиц с эл.-магн. полем, отбором медленных частиц. Однако доля таких частиц в М. в а. п., порождённых источником, находящимся в тепловом равновесии, мала. Эфф. способом уменьшения скорости является сочетание метода М. и а. п. с оптич. ориентацией ядер [А, Кастлер, (А. Казиег), 1950 см. Ориентированные ядра]. Возможности комбинир. методов расширились после появления лазеров. Стало возможным получение интенсивных медленных М. и а. п., лазерное охлаждение, исследования спектров единичных атомов и молекул, основанные на взаимодействии М. и а. п. с излучением лазеров, в частности пленение отд. атомов и молекул эл.-магн. полем и их длит, хранение в изолир. состоянии. [c.199]

Монография посвящена одному из перспективных и интересных направлений лазерной физики — лазерному охлаждению твёрдых тел. Кратко излагается история развития этого направления и обсуждаются поставленные к настоящему времени эксперименты по лазерному охлаждению конденсированных сред. Особое внимание уделено физике процессов охлаждения и математическому аппарату их описания. Исследуются проблемы создания самоохлажда-ющихся твердотельных лазеров и эхо-процессоров. Одна из глав посвящена магнитному охлаждению, спин-локингу и фотонному локингу, а также методам сужения однородной щирины спектральных линий носителей информации оптических эхо-процессоров. Обсуждаются также актуальные проблемы оптического охлаждения твердотельных квантовых процессоров. [c.1]

Данная монография посвящена одному из перспективных и интереснейших направлений лазерной физики — лазерному охлаждению твёрдых тел и перспективам создания твердотельного оптического рефрижератора. Её написание вызвано желанием авторов монографии дать ответы хотя бы на часть многочисленных вопросов специалистов в области когерентной оптики и спектроскопии о физике лазерного охлаждения твёрдых тел, о путях достижения более глубокого охлаждения и о возможности создания твердотельных лазерных рефрижераторов, самоохлаждающихся твердотельных лазеров и эхо-процессо-ров с оптически охлаждаемыми носителями информации. Эти вопросы возникли уже в 1995 году сразу же после сообщения о постановке в США первого твердотельного эксперимента по лазерному охлаждению. Их число росло с появлением новых экспериментальных работ, которые требовали объяснения с единых позиций в одном издании. Более того, наметились перспективы по использованию антистоксова механизма охлаждения для понижения температуры активных элементов твердотельных лазеров и носителей информации оптических эхо-процессоров. Одним из способов решения таких практически важных задач является дополнительное легирование твердотельной среды ионами трёхвалентного иттербия или тулия. Другие способы оптимизации работы, например, оптических эхо-процессоров так или иначе уже обсуждались в радиоспектроскопии. В основе этих способов лежит спин-локинг и различные режимы многоимпульсного сужения однородной ширины спектральных линий. Поэтому авторы данной монографии сочли целесообразным кратко описать эти режимы и провести анализ возможности их реализации в оптическом диапазоне. Это описание завершается обсуждением конкретной схемы такого фазового процессора с оптически охлаждаемым носителем информации. [c.6]

Первые идеи лазерного охлаждения (и пленения) атомов возникли независимо в нескольких группах исследователей, занимавшихся проблемами нелинейной лазерной спектроскопии и созданием прецизионных стандартов частоты [1]. Многие недоумевали, как лазер, обладающий столь высокой яркостной температурой, способен не нагревать, а охлаждать вещество. Идею механического действия лазерного излучения на свободные атомы можно понять следующим образом. Доля медленных атомов в максвелловском распределении атомов по скоростям в пучке очень мала. Больше всего атомов со среднетепловой скоростью. Допустим, мы настроимся лазером в резонанс с этими атомами и направим фотонный пучок навстречу атомному пучку. Тогда, если частоту лазерной волны отстроить в красную сторону от центра атомного резонанса на величину полуширины доплеровской линии, то группа атомов вблизи резонансной скорости ку — — 1Улгз) < Г, где 2Г — однородная ширина атомного перехода, г лаз — частота лазера, г доп — частота центра доплеровски-уширенного перехода, V — скорость атомов) будет испытывать трение в потоке встречных фотонов, их скорость будет уменьшаться. При этом, очевидно, условие резонанса не будет нарушаться, если частоту поля повышать так, чтобы отстройка частоты отслеживала изменение доплеровского сдвига этой группы атомов, испытывающей действие силы светового трения [2. С энергетической точки зрения атомы поглощают низкоэнергетические фотоны, а затем, в среднем, изотропно излучают фотоны так, что испущенный свет уже не имеет доплеровского сдвига и, как следствие, большей частоты. Эта разница в энергиях фотонов представляет собой то количество теплоты, которое отбирается у атомов. [c.8]

Доплеровское охлаждение. Антистоксов механизм лазерного охлаждения будь то твёрдых тел, жидкостей или газов близко соотносится с техникой доплеровского охлаждения свободных атомов. Последняя в настоящее время является решающей при охлаждении разреженных газов до температуры конденсата Бозе-Эйнштейна [72. Идея этого метода, как уже указывалось, была впервые предложена для нейтральных атомов Т. В. Хинчем и А. Л. Шавловым и может быть понята на основе такого явления, как давление света нескольких пар противоположно распространяющихся лазерных лучей, направленных вдоль трёх взаимноперпендикулярных осей. Такое трансляционное охлаждение наблюдается при небольшой отстройке оптической частоты в сторону частот, меньших соответствующей частоты атомной линии поглощения, и тогда доплеровски сдвинутый свет излучения накачки оказывается в резонансе только с теми атомами, которые движутся в направлении данного лазерного источника, замедляя их. [c.45]

Физический механизм лазерного охлаждение полупроводников следующий. Если носитель заряда, электрон, путём поглощения лазерного излучения попадает в зону проводимости, имея кинетическую энергию ниже среднетепловой, затем приобретает её и покидает зону проводимости путём спонтанной рекомбинации, являясь уже более горячим , то температура ансамбля носителей в зоне проводимости будет понижаться. Ансамбль, в свою очередь, за счёт взаимодействия с фононами будет охлаждать кристаллическую решётку. Таким образом, стационарное охлаждение полупроводника, поглощающего лазерное излучение может происходить при осуществлении следующего теплового цикла. [c.51]

Вообще, первая попытка по лазерному охлаждению твердотельного образца, активированного редкоземельными ионами была сделана в 1968 году исследователями из Бел л-лаборатории [46]. Их выбор пал на кристалл иттрий-алюминиевого граната YAG, легированный трёхвалентным неодимом с концентрацией в один весовой процент. Причиной такого выбора явилось то обстоятельство, что этот материал может быть использован как в качестве образца для охлаждения, так и как кристалл, который служит для получения излучения накачки. В этом эксперименте как лазерный, так и охлаждаемый кристалл были помещены вместе в оптическую кювету. Размеры образца составляли 0,254 см в диаметре и 5,08 см в длину кристалл поддерживался тремя иглами в специально сконструированной для этого ячейке. На внутренние стенки этой ячейки был нанесён тонкий золотой слой, по-видимому, для того, чтобы перераспределять рассеянное излучение накачки обратно в образец, несмотря на то, что такая техника обладает серьёзным недостатком, так как приводит к перепоглощению излучения собственной флуоресценции. Образец облучался светом с длиной волны 1,064 мкм, изменения температуры определялись посредством присоединённой термопары и сравнивались в температурой такого же, но не легированного никакими примесями стержня YAG. [c.58]

После этих неудач, вплоть до 1995 года не предпринималось экспериментальных попыток по антисктоксовому лазерному охлаждению твёрдых тел. Краткое описание этого эксперимента мы проведём в гл. 3. [c.59]

В этой главе мы изложим теорию лазерного охлаждения, базирующуюся на конкретных моделях рассматриваемых систем. Эти модели, конечно, не являются исчерпывающими, так как отражают лишь те или иные черты этих систем. Кроме того, ситуация становится более сложной из-за неравновесности исследуемых процессов, поэтому приходится использовать приближённые методы исследования, а характер возможных упрощений существенно зависит от свойств рассматриваемой системы. Наше изложение мы начнём с краткого обзора методов описания взаимодействующих систем. [c.60]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...