광 당밀

광학 당밀 도식도

광 당밀은 중성 원자를 자기광학트랩(MOT)보다 낮은 온도로 냉각시킬 수 있는 레이저 냉각 기술이다.광학 당밀은 원자가 존재하는 지역에서 교차하는 3쌍의 역발현 원형 편광 레이저 빔으로 구성된다.광학 당밀과 MOT의 주요 차이점은 전자에 자기장이 없다는 것이다.따라서, MOT와는 달리, 광 당밀은 냉각만 제공하고 트랩은 하지 않는다.일반적인 나트륨 MOT는 원자를 300 μK까지 냉각시킬 수 있는 반면, 광학 당밀은 원자를 40 μK까지 냉각시킬 수 있는데, 이는 매우 추운 순서다.

역사

1975년 레이저 냉방이 제안되었을 때, 가능한 최저 온도에 대한 이론적 한계가 예측되었다.^[1]도플러 한계 T $T_{d}=\hbar \Gamma /{2k_{b}}$ = $T_{d}=\hbar \Gamma /{2k_{b}}$ $T_{d}=\hbar \Gamma /{2k_{b}}$ / / $T_{d}=\hbar \Gamma /{2k_{b}}$ $T_{d}=\hbar \Gamma /{2k_{b}}$ $T_{d}=\hbar \Gamma /{2k_{b}}$ $[\$ 로 알려진 이 값은 도플러 냉각에 의한 2-레벨 원자의 냉각과 레이저 광자의 산란으로 인한 모멘텀 확산에 의한 원자의 난방을 고려할 때 달성할 수 있는 최저 온도에 의해 주어졌다.여기서 ${\displaystyle \Gamma$ 는 원자 전환의 자연 선폭인 $\hbar$ ${\displaystyle \hbar$ 은 축소된 Planck의 상수이고, $k_{b}$ $k_{b}$ ${\$ 는 볼츠만의 상수다.

국립표준기술연구소인 가이테르스부르크의 실험 결과 냉각된 원자의 온도가 이론적 한계치를 훨씬 밑도는 것으로 나타났다.^[2]처음에는 이론가들에게 놀라운 일이었는데, 완전한 설명이 나오기 전까지는 그랬다.

이론

광 당밀현상에 대한 최선의 설명은 양극화 구배 냉각 원리에 근거한다.^[3]원형으로 편광된 빛의 역제안 빔은 스탠딩 파동을 일으키는데, 여기서 빛 양극화는 선형이지만 방향은 빔의 방향을 따라 매우 빠른 속도로 회전한다.공간적으로 변화하는 선형 편극화 속에서 움직이는 원자는 뒤에서 오는 빔보다 정면으로 오는 빔에서 나오는 빛의 흡수에 더 취약한 상태에 있을 확률 밀도가 높다.이것은 원자의 구름의 속도를 반동 한계 가까이까지 감소시킬 수 있는 속도 의존적인 감쇠력을 초래한다.

참조

^ Hänsch, T.W.; Schawlow, A.L. (1975). "Cooling of gases by laser radiation". Optics Communications. 13 (1): 68–69. doi:10.1016/0030-4018(75)90159-5. ISSN 0030-4018.
^ Lett, Paul D.; Watts, Richard N.; Westbrook, Christoph I.; Phillips, William D.; Gould, Phillip L.; Metcalf, Harold J. (1988). "Observation of Atoms Laser Cooled below the Doppler Limit". Physical Review Letters. 61 (2): 169–172. CiteSeerX 10.1.1.208.9100. doi:10.1103/PhysRevLett.61.169. ISSN 0031-9007. PMID 10039050.
^ Dalibard, J.; Cohen-Tannoudji, C. (November 1989). "Laser cooling below the Doppler limit by polarization gradients: simple theoretical models". JOSA B. 6 (11): 2023–2045. doi:10.1364/JOSAB.6.002023. We present two cooling mechanisms that lead to temperatures well below the Doppler limit. These mechanisms are based on laser polarization gradients and work at low laser power when the optical-pumping time between different ground-state sublevels becomes long.

[HänschSchawlow1975-1] Hänsch, T.W.; Schawlow, A.L. (1975). "Cooling of gases by laser radiation". Optics Communications. 13 (1): 68–69. doi:10.1016/0030-4018(75)90159-5. ISSN 0030-4018.

[LettWatts1988-2] Lett, Paul D.; Watts, Richard N.; Westbrook, Christoph I.; Phillips, William D.; Gould, Phillip L.; Metcalf, Harold J. (1988). "Observation of Atoms Laser Cooled below the Doppler Limit". Physical Review Letters. 61 (2): 169–172. CiteSeerX 10.1.1.208.9100. doi:10.1103/PhysRevLett.61.169. ISSN 0031-9007. PMID 10039050.

[3] Dalibard, J.; Cohen-Tannoudji, C. (November 1989). "Laser cooling below the Doppler limit by polarization gradients: simple theoretical models". JOSA B. 6 (11): 2023–2045. doi:10.1364/JOSAB.6.002023. We present two cooling mechanisms that lead to temperatures well below the Doppler limit. These mechanisms are based on laser polarization gradients and work at low laser power when the optical-pumping time between different ground-state sublevels becomes long.

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