Лазерное охлаждение
1997 – Нобелевская премия по физике Steven Chu (USA) Claude Cohen-Tannoudji (France) William D. Phillips (USA)
Доплеровское охлаждение Давление света нескольких пар противоположно распространяющихся лазерных лучей, направленных вдоль трех взаимно перпендикулярных осей Так называемая «оптическая патока» (вязкая жидкость) Достигаются температуры порядка мк. К Атомы удерживаются в «атомной ловушке»
Доплеровский предел охлаждения
Лазерное антистоксово охлаждение твёрдых тел Стоксова люминесценция Возникновение антистоксовой люминесценции
Энергетический выход Отношение мощности люминесценции к мощности поглощения Обычно Если для данной системы γэн>1, то под влиянием внешнего воздействия, выводящего ее из равновесия, система может превращать в излучение часть собственной тепловой энергии
Антистоксовое охлаждение: средняя энергия излучения превышает энергию поглощенного излучения тепло поглощение фотон поглощение тепло поглощение фотон эмиссия
§ Как верхнее, так и нижнее состояния имеют близко расположенные подуровни. § Лазер накачки – в длинноволновую область линии поглощения § Возбуждение системы идет с верхних уровней основного состояния на нижние возбужденного § Флуоресценция происходит на более коротких волнах (на больших энергиях), приводя к охлаждению
Примеры веществ, имеющих подобную структуру уровней ü Полупроводники, где возбуждение осуществляется через запрещенные зоны ü Легированные редкоземельными или переходными элементами кристаллы и стекла, где возбуждение осуществляется между 4 f и 5 d мультиплетами ü Многоатомные молекулы (вещество может находиться в произвольном агрегатном состоянии), в которых возбуждение осуществляется между колебательными подуровнями
Лазер, работающий в обращенном режиме, будет функционировать как холодильная установка. Один из вариантов реализации обращенного режима – использовать в качестве образца кристалл YAG: Nd 3+, а накачивать его с помощью лазера, работающего на этом же кристалле.
Схематическое изображение процессов лазерной генерации (слева) и лазерного охлаждения (справа) на кристалле YAG: Nd 3+
Экспериментальное исследование антистоксового лазерного охлаждения твердых тел • На примере редких земель Рабочий ион – Yb 3+ в стекле ZBLANP
Схема экспериментальной установки по изучению лазерного охлаждения ZBLANP: Yb 3+
Лазерное охлаждение примесных кристаллов Линия поглощения молекул родамина в кислотосодержащем этаноле
Схема энергетических уровней в примесном атоме Схема возможных переходов в примесном атоме
