Wat is laserkoeling?
Laserkoeling verwijst naar de verscheidenheid aan technieken die worden gebruikt voor het afkoelen van atomaire en moleculaire monsters tot een temperatuur van bijna het absolute nulpunt. De technieken van laserkoeling zijn gebaseerd op het feit dat een atoom (van elk metaalmonster) zijn momentum (en energie) verandert wanneer het een foton absorbeert en vervolgens opnieuw uitzendt.
De thermodynamische temperatuur van een atoom- of molecuulensemble hangt af van de variantie in hun momentum of snelheid. Wanneer de snelheden van de deeltjes homogeen zijn, is hun collectieve temperatuur lager. Dit thermodynamische principe wordt gecombineerd met atomaire spectroscopie voor het uitvoeren van laserkoelingstechnieken op moleculaire of atomaire monsters.
Wat is het principe van laserkoeling?
Laserkoeling is voornamelijk gebaseerd op het feit dat een atoom (van elk metaalmonster) zijn momentum (en energie) verandert wanneer het een foton absorbeert en vervolgens opnieuw uitzendt. Voor laserkoeling wordt de frequentie van de laser afgestemd onder de frequentie van de golf die wordt uitgezonden door de atomaire overgang.
Wanneer het atoom de laserstraal nadert, neemt als gevolg van het Doppler-effect de frequentie van het licht toe ten opzichte van het atoom. Daarom hebben de atomen die naar de laserstraal bewegen een verhoogde kans om een foton te absorberen. Het omgekeerde gebeurt wanneer de atomen zich van de laserstraal verwijderen.
Wat is het Doppler-effect?
Het Doppler-effect of de Dopplerverschuiving verwijst naar de verandering in frequentie van een golf ten opzichte van de waarnemer die langs de golfbron beweegt. Wanneer de golven van een bron een waarnemer naderen, kost elke golf iets minder tijd dan de vorige golf. Dus de tijdspanne van de opeenvolgende golftoppen die de waarnemer naderen, wordt verkort. Daarom wordt de frequentie verhoogd. Omgekeerd, wanneer de golfbron van de waarnemer af beweegt, wordt de tijdspanne vergroot en de frequentie verlaagd.
Wat zijn de soorten laserkoeling?
De verschillende technieken van laserkoeling zijn:
Doppler-koeling:
Doppler die het meest gebruikte laserkoelingstechniek. Doppler-koeling omvat het afstemmen van de lichtfrequentie iets onder de elektronische overgang in een atoom. De atomen absorberen meer fotonen als ze naar de lichtbron toe bewegen vanwege het Doppler-effect, omdat het licht wordt ontstemd naar een lagere frequentie. Daarom verstrooien de atomen meer fotonen en verliezen ze elke keer een momentum dat gelijk is aan het momentum van het foton. Met een afname van het momentum, wordt de kinetische energie van de atomen verminderd, waardoor de algehele temperatuur van het monster wordt verlaagd tot de Doppler-afkoelingslimiet (die ongeveer 150 microkelvin is)
Sisyphus koeling:
Sisyphus-koeling is ook bekend als polarisatie gradiënt koeling. Het is een variant van de laserkoeltechniek waarbij twee tegengesteld voortplantende laserstralen met orthogonale polarisatie op een atoom- of molecuulmonster schijnen. Als gevolg van de twee interfererende laserstralen wordt een staande golf gegenereerd. De atomen hebben de neiging kinetische energie te verliezen terwijl ze met de staande golf meebewegen naar het hogere potentieel. Bij het maximale potentieel verplaatst optisch pompen de atomen naar een lagere energietoestand, waardoor de potentiële energie die het heeft gewonnen, wordt verwijderd. Dit energieverlies draagt bij aan de afkoeling van de atomen onder de Doppler-afkoellimiet.
Zijbandkoeling opgelost:
Opgeloste zijbandkoeling is een andere variant van laserkoelingstechnieken die gespecialiseerd is in het afkoelen van strak gebonden ionen en atomen tot onder de Doppler-koelgrens. Opgeloste zijbandkoeling wordt over het algemeen uitgevoerd na toepassing van Doppler-koeling om de atomen vast te houden aan hun bewegingsvrijheid. grondtoestand. Het afgekoelde atoom wordt dan beschouwd als een goede kwantummechanische harmonische oscillator. Bij deze techniek wordt koeling bereikt door de laserbundelfrequentie af te stemmen op de onderste rode zijband.
Raman zijbandkoeling:
Raman-zijbandkoeling verwijst naar een sub-coil-koeltechniek die atomen koelt tot onder de Doppler-koellimiet door gebruik te maken van optische methoden. Bij Raman-koeling begint het proces met atomen die aanwezig zijn in een magneto-optische val. De sites met atomen kunnen worden omgezet in een harmonische val als de lasers van het optische rooster krachtig genoeg zijn. De atomen zitten waarschijnlijk vast in een van de niveaus van de harmonische oscillator. Het belangrijkste doel van Raman zijbandkoeling is om de atomen van het rooster in de grondtoestand van de harmonische potentiaal te brengen. Dit zorgt voor een hoge dichtheid aan atomen bij een lage temperatuur.
Wat zijn de toepassingen van laserkoeling?
Laserkoeling wordt voornamelijk gebruikt voor experimentele doeleinden. Kwantumfysica-experimenten vereisen ultrakoude atomen die worden gegenereerd door laserkoeling. Kwantumeffecten zoals Bose-Einstein-condensatie hebben atomen nodig in de buurt van het absolute nulpunt. Eerder werd laserkoeling alleen op atomen uitgevoerd. Tegenwoordig wordt laserkoeling echter uitgevoerd op meer complexe systemen, zoals een diatomisch molecuul of een object op macroschaal. Laserkoeling heeft veel bijgedragen aan de studie van kwantumdeeltjes.
Bezoek voor meer informatie over lasers https://techiescience.com/laser-physics/
Lees ook:
- Laserreiniging
- Excimer-laser
- Lasermetaalafzetting
- Laserstraal lassen
- Laser etsen
- Laser boren
- Laserfysica
- Laser
- Fiberlasers
- Lasermicrofoon
Hallo, ik ben Sanchari Chakraborty. Ik heb de master Elektronica gedaan.
Ik vind het altijd leuk om nieuwe uitvindingen op het gebied van elektronica te ontdekken.
Ik ben een leergierige leerling en investeer momenteel in het vakgebied Toegepaste Optica en Fotonica. Ik ben ook een actief lid van SPIE (International society for optics and photonics) en OSI (Optical Society of India). Mijn artikelen zijn bedoeld om kwalitatief hoogstaand wetenschappelijk onderzoek op een eenvoudige maar informatieve manier aan het licht te brengen. Wetenschap evolueert sinds mensenheugenis. Dus ik probeer mijn steentje bij te dragen aan de evolutie en deze aan de lezers te presenteren.
Laten we doorverbinden