激光冷却
激光冷却的科学意义
激光冷却的科学意义
激光冷却的目的是降低气体的温度。
首先，什么是温度？从微观上讲，它是组成气体的粒子运动的强度。
运动越剧烈，温度就越高。
运动越平静，温度就越低。
因此，“降低温度”就相当于“尽可能地停止组成气体的粒子的运动”。
激光为什么能制冷呢？原来，物体的原子总是在不停地做无规则运动，这实际上就是表示物体温度高低的热运动，即原子运动越激烈，物体温度越高；反之，温度就越低。
所以，只要降低原子运动速度，就能降低物体温度。
激光制冷的原理就是利用大量的光子阻碍原子运动，使其减速，从而降低了物体温度。
物体原子运动的速度通常在每秒500米左右。
长期以来，科学家一直在寻找使原子相对静止的方法。
朱棣文采用三束相互垂直的激光，从各个方面对原子进行照射，使原子陷于光子海洋中，运动不断受到阻碍而减速。
激光的这种作用被形象地称为“光学粘胶”。
在试验中，被“粘”住的原子可以降到几乎接近绝对零度的低温。
激光冷却技术 Laser Refrigeration Technique
※
3.光具有动量
光子一般来说是没有质量的，但是与其它实 物粒子一样，具有动量。当一个原子吸收一份 电磁波的能量子(即光子)时，它同时也获得了 一定的动量。光的动量与光的波长成反比，方
向与光的传播方向相一致。
※
４.其他
此外， 激光的高度单色性 可调激光技术 也很重要。
激光冷却的原理——综述
特点： 方向性好
能量集中
单色性好 相干性好
由于具有以上优异特性，激光很快应用于各种技术领域。
激光有什么用途？
激光在通讯上的应用
把激光作为信息载体，实现通讯的一种方式。 它包括激光大气传输通信、卫星激光通信、光纤通 信和水下激光通信等多种方式。 激光通信具有信息容量大、传送线路多，保密性强、 可传送距离较远，设备轻便、费用经济等优点。
这六束激光都比静止钠原子吸收的特征颜色稍微有些红移，其效 果就是不管钠原子企图向何方运动，都会遇上具有恰当能量的光子， 并被推回到六束激里，聚集了大量的冷却下来的原子，组成 了肉眼看去像是豌豆大小的发光的气团。由六束激光组 成了“光学粘胶”，使原子陷入其中从而不断降低速度。
（当温度低到10-6K，即1微开（μK）时，自由氢原子预计将以低于25cm/s 的速率运动。）
因此，怎样达到如此低的温度呢？----激光冷却恰好解决了这 个问题，即在激光的作用下使原子减速。 BACK
link----1997诺贝尔物理学奖
I. 激光冷却实验
• •
1985年朱棣文和他的同事在贝尔实验室用两两相对，沿 三个正交方向的六束激光使原子减速。 真空中的一束钠原子被迎面而来的激光束阻止下来 将钠原子引进六束激光的交汇处。
link----1997诺贝尔物理学奖
激光熔覆对冷却速率的影响
激光熔覆对冷却速率的影响
激光熔覆过程中，冷却速率受到多种因素的影响，包括激光功率、扫描速度、基材的导热性、熔覆层的搭接位置等。
1.激光功率和扫描速度：激光功率越高，熔覆层吸收的能量越
多，导致熔池温度升高，冷却速率降低。
同时，扫描速度越
快，单位时间内熔覆的区域越大，熔池温度下降更快，导致冷却速率增加。
因此，激光功率和扫描速度对冷却速率有相互影响的作用。
2.基材的导热性：基材的导热性好，能够将热量快速传递走，有
利于降低冷却速率。
因此，基材的导热性对冷却速率有一定影响。
3.熔覆层的搭接位置：熔覆层的搭接位置对冷却速率的影响比较
复杂。
一般来说，搭接位置的加热温度较低，导致该区域的冷却速率较低。
同时，搭接位置可能会出现重熔现象，这会影响到冷却速率的分布。
在激光熔覆过程中，控制合适的冷却速率是非常重要的。
过快的冷却速率可能会导致裂纹的产生和熔覆层组织的不均匀性。
过慢的冷却速率则可能导致稀释率增大，影响熔覆层的性能。
因此，在实际应用中，需要根据具体的熔覆材料、基材和工艺要求，选择合适的激光功率和扫描速度等参数，以获得最佳的熔覆效果。
以上内容仅供参考，如需获取更多信息，建议查阅激光熔覆技术相关学术文献或咨询该领域专家。
激光器冷却解决方案
激光器冷却解决方案
1、选型方法：根据激光器的光电转换效率计算激光器发热量
计算公式：P热＝P激光·（1-η）/η
P热：激光器发热量（W)
P激光：激光器输入功率（W）
η：激光器光电转换率（％），根据不同的激光器确定。
二氧化碳激光器取值范围： 8％-10％
灯泵激光器取值范围： 2％-3％
半导体泵浦激光器取值范围：20％-30％
光纤激光器取值范围： 20％-30％
例：某品牌二氧化碳2000W激光器的输出功率为2000W，光电转换率为8.5％
P热＝2000 x（1-8.5％）÷8.5％＝2000x10.8 ＝21530W
激光水冷却机的制冷量应大于发热量，可以参考选用MCWL-250DT。
2、连接原理图：
注：激光水冷却机应使用在通风良好，无粉尘和腐蚀性气体，设备四周无杂物的场所。
三种激光冷却机制的理论分析（理学）
华中科技大学硕士学位论文三种激光冷却机制的理论分析姓名：***申请学位级别：硕士专业：理论物理指导教师：***20070202摘 要激光冷却广泛运用于科学技术中，比如波色-爱因斯坦凝聚的研究、广义相对论的验证、原子频标和原子干涉仪的研制等。
在光学粘胶中冷却原子，可达到多普勒冷却极限温度。
这时，再通过减弱激光强度和增大失谐量来继续冷却原子，能使其温度低于多普勒冷却极限。
要对原子进行深度冷却，即要突破反冲极限温度，可利用选择速度的方法，挑选出窄速度分布的原子。
虽然牺牲掉一部分原子，却得到单一速度的原子，故原子的温度就比较低。
本文主要讨论了三种冷却机制：多普勒冷却机制、亚多普勒冷却机制和亚反冲冷却机制。
多普勒冷却是基于光子的辐射压力来使原子减速；亚多普勒冷却是基于运动诱导造成的偏振梯度力使原子减速；亚反冲冷却是基于对原子的速度选择来获得单一速度分布原子，其可分为相干布陷冷却和拉曼激光冷却。
本文计算了速度选择的受激拉曼跃迁的三能级方程运动解析解。
得到了利用拉曼激光可以选择出特定速度分布的原子的结论。
首先利用半经典理论，作偶极近似，讨论了三能级原子系统和双光子的拉曼激光相互作用过程，在波函数中加入了速度参量，得到了三能级系统的演化方程。
然后，在弱场和大失谐条件下，把三能级方程退化为二能级方程。
最后用代换法把二能级方程化为常系数方程，得到了方程的解，理论结果和实验基本吻合。
本文还系统总结了一些其它文献中比较模糊的概念，比如相互作用哈氏量中磁场分量的忽略、激光选可见光、旋波近似等。
关键词：多普勒冷却，亚多普勒冷却，亚反冲冷却，相干布陷，拉曼激光，偏振梯度AbstractLaser cooling is widely applied in science and technique, such as Bose-Einstein condensation, verification for general relativity theory, atomic frequency scale and atomic interferometer etc. The temperature of atoms in the optical molasses could be cooled to the Doppler limit, and through weakening the laser intensity and increasing the detuning of the laser from the resonant frequency, the atoms could be further cooled below the Doppler limit. By velocity selection, one could get an atomic source with a narrow distribution in velocity and challenge the recoil limit temperature. Although some parts of the atoms are lost, the temperature of the remaining atoms, which have a uniform velocity, is quite low compared to the former.It discusses three mechanisms of laser cooling in this paper: the Doppler cooling mechanism, the Sub-Doppler cooling mechanism and the Sub-recoil cooling mechanism. The Doppler cooling which makes atoms slowdown is based on the radiation pressure of the laser; The Sub-Doppler cooling slows atoms down on the basis of polarization gradient forces caused by motive inductions; The Sub-recoil cooling including the coherent population trapping cooling and the Raman laser cooling, gets atoms with a slice velocity distribution depended on the velocity selection.It presents the analytical solutions of the three-level equations on the velocity-selective stimulated Raman transitions in this paper, and concludes the principle of selecting atoms with a uniform velocity out of an initial distribution. In the semi-classical theory and dipole approximation, we gets the evolution equations of the interaction of the three-level atoms with the two-photon Raman laser system, and the velocity parameter are also taken into account in the wave function. For weak lasers and large detunings, the three-level equations degenerate into two-level equations. Through transforming two-level equations into constant coefficient equations by substitution it gives the solutions of them. The theoretical analysis corresponds with the experimental results generally. It also generalizes a few concepts obscure in some papers systematically, such as ignoring the magnetic field component in theinteraction Hamiltonian, the choice of visible light for laser and rotating wave approximation etc.Key Words：Doppler Cooling, Sub-Doppler Cooling, Sub-Recoil Cooling，Coherent Population Trapping, Raman Laser, Polarization Gradient.独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
激光器水冷原理
激光器水冷原理激光器是一种利用受激辐射原理产生高强度、高单色性的光束的装置。
在激光器的工作过程中，由于激光器的高功率输出，会产生大量的热量。
为了保证激光器的正常工作和寿命，需要对激光器进行冷却。
而水冷是目前广泛应用于激光器冷却的一种方式。
激光器水冷的原理主要包括激光器散热、水冷循环和温度控制三个方面。
激光器散热是指将激光器产生的热量散发到周围环境中，以保持激光器的温度在安全范围内。
激光器的散热通常通过散热片或散热器来实现。
激光器的散热片通常采用高导热材料制成，如铜、铝等。
散热器则是将激光器与外部环境隔离，通过空气对激光器进行散热。
水冷循环是指通过水冷系统将激光器的热量传导到水中，然后将热水排出，实现激光器的冷却。
水冷系统一般包括水槽、水泵、水管和散热器等组件。
水泵将冷却水抽入水槽，通过水管将冷却水输送到散热器中，散热器通过与激光器接触来吸收激光器的热量，然后将热水排出。
温度控制是指通过控制水冷系统的运行来控制激光器的温度。
一般来说，激光器的温度应控制在一定范围内，过高或过低都会影响激光器的正常工作。
温度控制可以通过传感器来实现，传感器可以测量激光器的温度，并将温度信号反馈给控制系统。
控制系统根据温度信号来控制水泵的运行，从而控制激光器的温度。
激光器水冷的优点在于冷却效果好、稳定性高、噪音低等。
相比于其他冷却方式，水冷可以更好地保持激光器的稳定性，防止激光器因过热而损坏。
此外，水冷还可以降低激光器的噪音，提高激光器的工作环境。
激光器水冷是一种常用的激光器冷却方式，通过散热、水冷循环和温度控制等步骤，可以有效地降低激光器的温度，保证激光器的正常工作和寿命。
激光器水冷具有冷却效果好、稳定性高、噪音低等优点，被广泛应用于各种激光器系统中。
随着科技的不断进步，激光器水冷技术也在不断发展，将为激光器的应用提供更好的保障。
激光制冷
使用激光冷却大物体
美国鲍尔空间技术公司设计的用于 美国鲍尔空间技术公司设计的用于 红外探测器的 红外探测器的制冷机
使用激光制冷的优缺点
• 全光性的新型制冷方式具有体积小、重量 光性的新型制冷方式具有体积小 体积小、 振动和噪声、 电磁影响、 轻、无振动和噪声、无电磁影响、无环境 污染、可靠性高 寿命长等优点。在航天、 长等优点 污染、可靠性高、寿命长等优点。在航天、 军事、电子电信工业、 军事、电子电信工业、低温物理等领域有 着相当诱人的应用前景 • 制冷功率低、制冷系数小、制造成本高等 制冷功率低 制冷系数小、制造成本高等 功率低、
使用激光冷却大物体
• 基态与激发态的能量间距要大 基态与激发态的能量间距要 的能量间距 • 基态和激发态中的多重态间的 基态和激发态中的多重态间的 能量间距要 能量间距要小 间距 • 发光介质应具有极高的纯净度 发光介质应具有极高的纯净度 • 入射激光应具有适当的波长 入射激光应具有适当的波长 具有
偏振梯度冷却
• 1987年，上海光机所的研究小组在一维冷却钠原 1987年 子的实验中也独立地发现钠原子温度为60uK 60uK， 子的实验中也独立地发现钠原子温度为60uK，低 于多普勒极限 于多普勒极限 • 1988年，美国国家标准与技术研究所采用飞行时 988年 美国国家标准与技术研究所采用 采用飞行时 间法测得钠原子的冷却温度为40uK 间法测得钠原子的冷却温度为40uK • 理论上的解释：基于光抽运、光频移和激光偏振 理论上的解释：基于光抽运 抽运、 梯度等物理概念，称之为偏振梯度冷却机制 梯度冷却机制。 梯度等物理概念，称之为偏振梯度冷却机制。
Laser Cooling
李瑞 2011210638 2011.12.20
背景介绍
激光冷冻原理
激光冷冻原理
激光冷冻是一种利用激光来实现冷却物质的技术方法。
其原理基于利用激光与物质相互作用产生的光压效应和光吸收效应。
激光冷冻的原理可以分为两个过程：光压冷却和激光冷却。
光压冷却是指当激光照射到物质表面时，光子对物质施加了一个方向相反的压力。
根据牛顿第三定律，物质受到的反作用力会导致其速度降低，从而使物质的温度下降。
这个过程中，激光的能量会被吸收，物质表面的温度会降低。
激光冷却是指当激光照射到物质内部时，光子与物质相互作用，将物质的部分能量带走，从而使物质整体的温度下降。
这个过程中，激光的能量会被物质吸收，使物质内部的分子和原子的平均动能减小。
激光冷冻的原理基于这两个过程的相互作用，通过精确控制激光的功率、频率和照射时间，可以实现对物质的冷却。
激光冷冻技术在研究凝聚态物质的性质、制备冷却剂等领域具有广泛的应用前景。
激光冷却原理
激光冷却原理
激光冷却是一种基于激光与物质相互作用的原理，通过激光束对物质的光压作用，使物质从高温区域向低温区域移动，从而实现冷却的过程。
激光冷却的基本原理是利用激光束对物质的光压作用，将物质从高温区域移动到低温区域，实现温度降低的目的。
具体来说，激光束中的光子在与物质相互作用时，会将物质的动量改变，从而产生光压力。
对于一个处于高温区域的物质，其分子的热运动速度较快，因此其受到的光压力较大，会被推向低温区域。
当物质到达低温区域时，由于分子的热运动速度减慢，其受到的光压力也随之减小，从而实现了冷却的过程。
激光冷却的实现需要使用一定的技术手段，如激光陷阱、激光冷却循环等。
其中，激光陷阱是一种利用激光束对物质的光压作用，将物质限制在空间中某一位置的技术手段。
激光冷却循环则包括将物质从高温区域移动到低温区域、对物质进行冷却、将物质移回高温区域等步骤，从而实现对物质的冷却。
激光冷却技术在物理学、材料科学、生物医学等领域都有广泛的应用，如制备超导材料、制备高精度量子器件、分子光谱学等。
中国激光冷却原子史的新解读_基于档案、手稿等新史料
㊀㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023):106-120学术沙龙中国激光冷却原子史的新解读基于档案、手稿等新史料钱逸涛㊀杨㊀凯摘㊀要㊀激光冷却原子是20世纪70年代国际原子物理界出现的一个新兴研究领域㊂中国科学家王育竹率先认识到冷原子物理具有革命性的研究前景,提出利用光频移效应实现激光冷却气体原子等新机制,并在20世纪80年代开展了一系列具有开拓性的实验工作㊂根据中国科学院上海光学精密机械研究所的档案㊁王育竹科研手稿等原始资料等,试重新解读中国激光冷却原子史,王育竹研究团队较早观察到了低于多普勒极限的新物理现象,但在后续实验验证工作的系统性㊁新理论框架的搭建上尚与斯坦福大学等研究团队存在差距㊂诺贝尔奖是各类条件下的综合性产物,以诺奖作为唯一评判标准忽视了在中国情境下科学研究的特殊性,新的科学评价标准需建立在长时段㊁综合性体系之上㊂关键词㊀激光冷却原子㊀王育竹㊀中国科学院上海光学精密机械研究所中图分类号㊀N092ʒO4文献标识码㊀A收稿日期:2023-09-25作者简介:钱逸涛,1999年生,安徽枞阳人,江苏科技大学科学技术史硕士研究生,研究方向为近现代中国科技史;杨凯,1985年生,浙江湖州人,江苏科技大学科学技术史研究所副教授,研究方向为近现代科技史㊂基金项目: 王育竹院士学术成长资料采集工程项目 (项目编号:CJGC2022-K-Z-SH02)㊂一 引言1997年10月15日,瑞典皇家科学院宣布该年度的诺贝尔物理学奖授予美601国物理学家朱棣文(Steven Chu)㊁威廉㊃菲利普斯(William D.Phillips)以及法国的科恩-塔诺季(Claude Cohen-Tannoudji)教授,以表彰他们在发展用激光冷却和捕获原子方法方面所做出的杰出贡献㊂消息传至国内,国家自然科学基金委及很多国内科学家发现激光冷却原子研究领域早有中国学者王育竹踏足㊂有学者认为: 王育竹提出的激光冷却气体的物理思想与现在使用的机制是一致的㊂ [1]而王育竹的研究成果也早早发表在1980年‘科学通报“第9期及1981年的‘激光“第8期上,因此不少科学家甚至媒体发声认为 中国科学家错失诺贝尔物理学奖 中国学者距离诺贝尔奖仅咫尺之遥 [2]㊂王育竹是否真的曾接近诺贝尔物理学奖?笔者在搜集史料的过程中发现了两份来自诺贝尔奖委员会的来信(图1),信件内容显示王育竹被邀请为1997年度㊁1998年度诺贝尔物理学奖提交提案,并为自己选定的获奖发明或发现给出推荐理由,这表明诺奖委员会早已注意到了王育竹的研究成果,并对其研究工作给予了充分认可㊂关于这段早期中国激光冷却原子史研究尚留有诸多疑点,尤其是其中有几个核心问题:中国科学家王育竹关于激光冷却原子的研究在时间上是否具有优图1.诺贝尔奖物理学奖委员会的来信①701钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀①诺贝尔奖委员会来信,1997㊁1998年,具体月份不详,该信件原件由王育竹院士办公室提供㊂801㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023)先性?其研究在同期同类成果中处于什么位置?王育竹研究成果是否真正达到了国际领先水准?没有获得诺贝尔物理学奖是否意味着中国科学家此前的努力付诸流水?这些问题尚未能从前人研究成果中得到清晰完整的正面解答㊂关于中国激光冷却原子史,主要来自当事人的回忆性文章:王育竹记述了开展激光冷却原子初步阶段时期的动力㊁物理思想以及开展的实验结果[3],王义遒记述了其在北京大学开展利用与原子束逆向行进的激光束减速原子束研究的经历[4]㊂此外,陈崇斌等曾基于部分访谈资料和文献简述了中国激光冷却原子研究的发展史,并将其中的经验教训归结为缺乏关键的实验设备㊁科研资金不到位等因素[5]㊂本文拟根据对当事人的访谈资料㊁王育竹论文手稿㊁中国科学院上海光学精密机械研究所(以下简称上海光机所)所藏档案等新史料重新解读这段历史,并以此求教于学界同仁㊂二 国际国内同期同类成果的对比早在20世纪60年代就有苏联科学家提出可以利用激光驻波限制原子的活动范围,从而达到 捕获原子 的效果[6]㊂但完整提出利用激光辐射压力来冷却气体原子的机制则是来自斯坦福大学的肖洛(A.L.Schawlow)教授和德国物理学家汉斯(T.W.Hansch),在他们1975年发表的文章当中明确将激光冷却原子的过程称为 多普勒机制 ,并通过理论推导㊁数值估算将该机制对应的极限温度称为多普勒极限(大约为240μk)[7]㊂1984 1987年间斯坦福大学的朱棣文及其同事通过多次实验验证了多普勒冷却机制,并在此过程中进一步发展了构成了新的磁光陷阱(Magneto-tptical trap,以下简称 MOT )技术,MOT技术进一步提高了冷却原子的密度,延长了观察时间,为后续激光冷却原子的实验工作提供了重要的技术手段[8,9]㊂汉斯㊁肖洛提出的多普勒冷却机制从提出到成功验证跨越了近10年时间,在此期间激光冷却原子研究虽然在国际上产生了一些反响,但影响范围有限,在中国开展激光冷却气体原子研究的单位更不多见,主要有上海光机所的王育竹的团队和北京大学的王义遒研究团队等,其中王育竹最早认识到了激光冷却原子这种新技术具有广泛的应用前景,据王育竹回忆:1978年我们在工厂完成了航天科学技术所需的科研任务后,重新回到了研究所,开始了科研工作㊂我们已经离开研究工作七年了,搞什么研究课题呢?国际上发展现状如何?在图书馆我查到了1975年汉斯和肖洛发表在光通讯上的文章,他们提出激光冷却气体原子的建议 这篇文章对我产生了巨大的吸引力 我决心投入到 激光冷却气体原子 研究中去,因而决定了我后半生的科研道路㊂[10]传统原子钟的性能受限于原子的热运动速度,若能有效减缓热原子的运动速度就能大幅提高原子钟的稳定度和精确度,这对原子钟技术的改进将是革命性的㊂基于此,王育竹在1977年就提出了利用积分球红移漫反射激光冷却气体原子,在一份王育竹亲写的手稿当中记录了他当时提出该机制的理论思想和初步推算(图2),其基本物理思路是当原子进入球型腔后,球内的红移漫发射激光与原子发生共振,原子受到共振光压的作用会不断减慢速度,从而达到冷却效果㊂但是这种新机制的实验条件十分严苛,比如要求实验中的光学系统是一个对原子束轴向对称的系统,球形腔内各方向传播的光强度均等㊂因此相关实验直到1992年才完成,并证明了该机制属于多普勒机制的范畴㊂图2.王育竹关于激光冷却原子束方案讨论手稿[11]多普勒冷却机制在1975年被提出后虽然在国际上经各研究小组反复验证,但随着大量新实验研究结果出现,科学家发现所谓多普勒极限是可以被突破的㊂比如王育竹在1979年提出的利用交流斯塔克效应(光频移效应)激光冷却原子,正是一个不同于多普勒冷却的新机制[12]㊂除此之外,王义遒研究团队也于20世纪80年代率先提出利用激光减速原子束频标的新方法[13]㊂这说明中国科学家是901钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀在激光冷却原子研究领域尚不热门时就介入了该领域的研究中来,但对于前述核心问题如:国内研究成果同国外同类型研究成果相比到了哪一阶段?其物理思想落实到何种程度?发表时间上又是什么顺序?则需要进一步的梳理分析㊂笔者汇总了1975 1989年间国内外具有代表性的激光冷却原子领域学术成果(表1)㊂表1.1975—1989年间部分国内外激光冷却原子领域代表性学术成果表序号主要作者主要完成单位文章性质发表刊物发表时间1 A.Ashkin美国贝尔实验室实验结果Phys.Rev.Lett1970 2Haensch T等斯坦福大学理论构建mum19753 D.Wineland等美国国家标准与技术研究所理论构建Phys.Soc1978 4王育竹上海光机所提出假说科学通报1980 5王育竹上海光机所提出假说中国激光1981 6Steven Chu等斯坦福大学实验验证Phys.Rev.Lett19847W.D.Phillips等美国国家标准与技术研究所实验验证Progress in QuantumElectronics19848王义遒北京大学提出假说波谱学杂志1988 5Steven Chu等斯坦福大学实验验证mum1989 9Dalibard等巴黎高等师范学院理论构建J.opt.soc.am.b1989 1975 1985年间国外研究单位,特别是斯坦福大学物理系完成了科学研究中所必需的提出假设㊁形成理论㊁实验重复验证的闭环,其研究时间持续长,合作单位众多,包括位于美国新泽西州的贝尔实验室㊁巴黎高等师范学院等顶尖科研单位,激光冷却原子领域中重要技术名词如多普勒机制(The Doppler mechanism)㊁光学黏团(molasses)㊁MOT(Magneto-tptical trap)技术等名词都均是由斯坦福大学研究团队首次提出,并得到了学术共同体的广泛认可㊂再如美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,简称NIST)激光冷却和捕获研究小组1991年以前就在Physical Review Letters㊁Nature㊁Sci-ence等顶尖刊物的发文数量累计已超过25篇㊂中国科学家王育竹㊁王义遒等人关注激光冷却原子这一新兴领域的时间并不比国外晚,甚至提出一些基本物理思想的时间比国外还早近10年,但支撑他们投入激光冷却原子研究的单位只局限于上海光机所㊁北京大学等少数几个单位,国内激光冷却研究单位从论文数011㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023)量㊁论文发表的刊物级别㊁研究工作量来说和斯坦福大学等顶尖研究团队存在不小的差距㊂为进一步对比王育竹的激光冷却原子研究工作与国外同类成果,须将研究时段拉长,并且对研究内容及新物理现象的实验验证工作进行详细分析㊂三 提出突破多普勒极限的新机制1.理论设想一般认为王育竹提出的低于多普勒极限的新机制没有得到广泛关注有几个原因:(1)发表阵地,20世纪80年代的中国虽然已改革开放,但由于此前长期处于闭塞状态,导致中国科学家与国外学术界交流并不多,即使有一流的成果也难以被国际一流学者认可①,王育竹等人的早期成果又发表在中文期刊上,因此很难在国际学术界产生影响;(2)20世纪80年代国内对外学术交流渠道不通畅,获得顶尖专家的指导机会少[5]㊂不可否认这都是十分重要的客观因素,但将中国早期激光冷却研究工作没有获得足够影响力的原因完全归咎于以上两点,未免有以偏概全之嫌㊂因此笔者根据新发掘史料,对王育竹的早期激光冷却原子研究工作进行重新解读㊂1979年,正逢诺贝尔物理学奖得主肖洛(A.schawlow)访问上海光机所,访问期间王育竹向肖洛介绍了他关于激光冷却的物理思想,并将相关论文寄给肖洛审阅㊂肖洛归国后阅读了王育竹关于 利用交流斯坦克效应(光频移效应)激光冷却气体原子 一文后,他给王育竹写信说道: 这个思想是新的㊁合理的,表达是直接清晰的,建议迅速发表 ,来信原文如下:Dear Professor Wang :I must apologize for being so slow in answering your letter of February 12.Things have been very busy here and ,even now ,I have not been able to find the time to give your fascinating paper the careful study it deserves.The idea is novel and seems quite reasonable.The presentation seems clear and direct ,and as far as I can tell ,it would be appropriate to publish the paper in 111钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀①笔者认为学界里流传的 1980年代中国学者缺少在国际一流学术刊物发表论文的机会 这一说法并不准确,该说法仅限于部分新兴研究领域,并不能推而广之㊂研究开启的时间早晚与后续研究工作的实际进展并无强关联关系,因此不能说是中国学者缺少在国际一流学术期刊发表论文的机会,而可能是还未到发表在国际一流学术刊物的时机㊂the form that you sent me.However,it would be nice if there were some quantita-tive estimates of possible laser powers and the corresponding cooline achiwvable. For instance,when we were preparing our paper,it appeared that available con-tinuous-wave lasers would produce only a little cooling unless a very large volume could be illuminated.Otherwise the atoms,moving at about100km per second, would move out of the illuminated regionbefore appreciable cooling would be a-chieved,But,even if you do not make any additions,I hope that your article will soon te submitted and publish.①来信中肖洛教授也指出现有研究存在的问题 对激光功率及其所对应可以实现的冷却效果缺乏定量化的研究,若原子以100km/s的速度逃出激光照射区域,将无法达到理想的冷却效果㊂此外,据王育竹回忆: 在1980年的国际激光会议上海分会场上,一位国外科学家也不认同交流斯塔克机制,认为在电容器中的原子,加上电压会使原子能级移动,无法冷却原子㊂ [14]虽然这个说法后面被证实有误,但从侧面反映1979年王育竹提出的新机制尚需要实验进一步验证,王育竹本人对此也有回应:(1)这两篇东西(指的是积分球冷却方案和交流斯塔克效应冷却方案)是在十三年前(1977年)开始搞激光冷却时写的东西㊂一篇在1979年成都光频标方案论证会上报告过,一篇未发表㊂由于当时尚无激光冷却方面的理论文章,所以我的两篇文章中没有系统的分析㊂(2)文章中提出了三种冷却方式的基本物理机制,即 利用积分球激光冷却原子束 非球面聚焦镜激光冷却 和 利用序列重复脉冲冷却原子束 它正是世界当前所谓的 Diffusion light cooling 和 White Light cooling 希望大家 把这两个基本思想做深入㊁做系统,做出有中国特色的冷却工作㊂②这证明王育竹在1979年提出的激光冷却新机制并非未被当时国际顶尖科学家注意,而其成果未能引起足够影响的原因可能在于其研究尚处于起步阶段,相关猜想或假设未经严谨的理论推导和数值估算,有效的实验验证工作也未能及时组织起来㊂作为一名严谨的实验物理学家,王育竹很清楚现有研究存在的不足,于是完成激光冷却原子方面的验证实验成为下一步研究工作中的重中之重㊂211㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023)①②王育竹与肖洛教授的通信往来,1980年3月20日,存于中国科学院上海光机所王育竹办公室㊂王育竹科研说明手稿,1991年8月16日,存于中国科学院上海光机所王育竹办公室㊂2.实验验证1979年,王育竹赴日本东京大学短期交流,在东京大学分子光谱实验室,他与清水富士夫教授合作开展了多光束偏转钠原子束实验,实验方案如图3所示:通过特定实验装置使得激光入射方向垂直于原子束飞行方向,当激光频率与原子跃迁频率共振时,可以观察到偏转原子束的荧光在空间跳动,这显示了光压力的作用[3]㊂该实验结果证明了辐射光压用于激光冷却气体原子的可行性㊂%%图3.多光束偏转原子实验方案图图片来源:‘物理“2011年第7期第424页时隔多年,王育竹对在日本短暂的访问之旅仍记忆犹新,他回忆道: 这个实验结果(指在东京大学开展的多光束偏转原子实验)使我十分振奋㊂它证明了激光气体原子技术的可行性,这是世界上最早用激光观察到的光压力作用的实验结果之一! ①王育竹于1984年与同事在上海光机所组建成中国第一个激光冷却气体实验室(后改名中国科学院量子光学开放实验室),改进了传统原子束装置中探测束流强度的方法㊂利用照相机和一维二极管列阵组成一维荧光探测器,记录了原子束荧光的空间分布,获得了信噪比最佳的实验结果㊂还利用激光偏转原子束的方法第一次测量了热原子束的速度分布,从某种意义来说该项研究是1979年在东京大学实验工作的进一步延续和改进[15]㊂1987年,王育竹团队进行了钠原子束一维激光冷却实验,率先观察到了低于多普勒冷却极限的物理现象,与美国国家标准局(United States National Bureau 311钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀①王育竹‘我的科研自述“,2012年2月,内部资料㊂of Standards,简称NBS)研究小组①成为了世界上最早观察到此现象的两个小组之一㊂其实验方案是使钠原子束垂直通过一维偏振激光驻波场,沿驻波场轴线进入直流磁场,用一维CCD照相机探测原子束荧光空间分布②㊂当调谐激光频率对原子共振的失谐量时,观察到了激光对原子束横向一线冷却和加热现象㊂在论文中王育竹总结了其研究工作:(1)该项研究是利用迟滞偶极力对原子束进行的一维准直实验研究;(2)获得了原子横向速度从50cm/s降低到15cm/s的结果,这相当于有效横向温度从350降低到33μk;(3)原子束的良好准直可以通过具有较大正偏谐的强驻波场来实现;(4)从原理上来说,使用一对垂直驻波场对原子束进行二维准直并不困难㊂[16]对于已取得的实验结果,王育竹最先投稿到‘物理评论快报“上,但评审专家认为文章理论与实验结果不符,因为当时国际上仅有两能级原子的冷却理论,但它不能解释低于多普勒冷却极限温度的实验结果㊂王育竹自述曾想利用 交流斯塔克效应激光冷却气体原子 来解释实验结果,但最终由于信心不足而放弃㊂而在此时美国标准与技术局㊁斯坦福大学研究团队也早早注意到该现象,在朱棣文1989年发表的论文中就明确提出两能级原子的能级的冷却理论并不适用钠㊁钙等原子,在他的研究当中综合使用了计算机程序模拟㊁数值求解㊁实验等多重方法和证据证明了低于多普勒极限现象的存在,从论文结论来看,王育竹等虽然观察到了反常物理现象的存在,但论文最终落点在对实验方法的改进和实验结果的观察上,没有对冷却温度过低这一反常实验结果继续探究,更遑论突破原有理论框架;而朱棣文等人成功的关键在于大胆否定了原多普勒理论中的两个假设(即原子的两能级性质和光场具有纯极化状态的假设),通过大量精确实验的测量,以及多种理论分析手段,发展出了一套与最终实验结果相适应的理论体系,这是完成亚多普勒冷却体系(Sub-Doppler)中的关键一步[17 19]㊂411㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023)①②1988年8月,美国国家标准局(NBS)更名为美国国家标准与技术研究院(National Institute of Stand-ards and Technology,简称 NIST )㊂CCD即Charge coupled Device,中文全称 电荷耦合元件,是一种半导体器件,能够把光学影像转化为数字信号㊂四 站在国际学术舞台上在激光冷却气体原子的研究过程中,王育竹及上海光机所的研究工作受到了不少国际同行的关注,他多次代表上海光机所在国际激光光谱会议㊁国际量子电子会议(IQEC)(图4)①㊁国际量子学与激光科学会议(QELS)作学术报告,他被推选担任国际激光光谱会议指导委员会成员㊁1992年国际量子电子学会议(EQEC)的共主席,国际第十三次原子物理会议顾问(图4)②㊁国际物理联盟(IUPUP)量子电子专业委员会成员㊁德国马普学量子光学国际顾问委员会成员等多个重要学术职务㊂1999年他还成功当选了瑞典皇家工程科学院外籍院士和国际理论物理中心高级合作成员㊂图4.部分王育竹参与国际学术交流材料图1989 1990年间,王育竹受李政道先生邀请成为新成立的中国高等科学技术中心(CCAST)特别委员,他利用CCAST 的优越实验条件开展研究并获得中心的经费资助㊂但在1989年7月24日,王育竹收到到来自李政道先生的来信,来511钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀①②IQEC 邀请函,1994年5月10日,原件由王育竹院士办公室提供㊂王育竹当选国际原子物理会议顾问书面通知书,1994年3月17日,原件由王育竹院士办公室提供㊂信称: 中心因受意大利政府对中国政府的制裁影响,所有新批示资金全被冻结㊂ ①因此王育竹预想开展的激光冷却实验也就只能作罢㊂对于王育竹与国外科学家的交往情况,现任中国科学院量子光学重点实验室主任刘亮表示: 在我与王先生(指王育竹)的长期交往当中发现王先生的工作得到了国外科学家的普遍尊敬,比如提出交流斯塔克效应的新机制就得到了国外同行的普遍认可,在同国外科学家特别是美国㊁法国㊁德国科学家的学术对话中,王先生能够十分自如㊁从容地介绍自己的工作,他们之间的交流基本都是平等愉快的㊂ ②1994年7月4日王育竹参加了澳大利亚举办的第六届亚太物理会议,参加会议的主要国家和地区包括美国㊁日本㊁新加坡㊁韩国,中国台湾地区㊁中国香港等,大会提交了600多篇论文,各类分会场口头报告达400多场,其中王育竹受邀在大会上作题为 原子光学中的激光冷却和准直原子束 的主题报告,参会学者中还有不少介绍了本国(或地区)量子光学研究发展情况㊂在这一次与国外量子光学领域学者的直接对话中,王育竹深深感受到了亚太地区与美国㊁法国等量子光学领域强国的差距,据王育竹回忆: 亚太地区在量子光学和原子光学的研究水平远不及美国㊁法国,但亚太地区从事中国领域研究的人在增多,研究工作涉及的面很广,其中日本㊁澳大利亚㊁中国的水平较高㊂ ③会议结束后王育竹还访问了澳大利亚昆士兰大学㊁澳大利亚国立大学㊁堪培拉大学等几所大学的物理系㊁信息科学系,并同澳大利亚的几位著名物理学家建立了友好联系㊂结束访问后,王育竹在归国报告中写到: 我国在量子光学和原子光学的研究早已开展,但进展缓慢㊂量子光学研究多为理论计算和理论分析,而这些理论工作都远离实际工作,也远离国际的发展前沿 激光控制原子运动的研究仅在上海光机所和北京大学进行㊂上海光机所已工作十年,在激光偏转原子束㊁亚泊松光子统计验证㊁原子束一维冷却做出了一些有意义的工作 而不能进行三维冷却工作㊂ ④这也从侧面证实了正是在高水平的国际学术交流中,王育竹认识到了20世纪80 90年代间中国激光冷却原子研究工作遇到的瓶颈 很多研究工作只能停留在理论计算㊁分析上,而理论推导㊁计算又与实验工作严①②③④原文为 as you may know,CCAST-World Laboratory funding originates from the Italian Government.Since the end of last month,economic sanctions have been imposed by Italy against China.As a result,the funds for all new CCAST appointments have been frozen ㊂魏荣研究员访谈刘亮研究员,2023年4月14日,上海光机所㊂王育竹参加第六届亚太物理会议纪要,1994年8月20日,内部资料㊂王育竹访问澳大利亚几所大学报告,1994年8月20日,内部资料㊂。
激光冷水机工作原理
激光冷水机工作原理
激光冷水机是一种利用激光技术和制冷原理来实现冷却的设备。
其工作原理如下：
1. 发光原理：激光器在工作时会产生大量的热量。
激光作用于材料表面时，其能量会转化为材料的热量，导致温度升高。
2. 声光调制（AOM）：激光器的输出光束会经过声光调制器
进行调制。
声光调制器的作用是通过声音波的作用使光束的强度发生变化，从而控制激光的输出。
3. 冷却循环：冷却循环是整个激光冷水机的核心部分。
它包括一个制冷循环和一个冷却循环。
制冷循环使用制冷剂来吸收激光器产生的热量，并将其传递给冷却循环。
冷却循环则通过水冷却器将热量散发到环境中。
4. 温控系统：激光冷水机通常还配备一个温控系统，用于监测和调节激光器的温度。
当温度超过设定的范围时，温控系统会自动启动冷却循环，以保持激光器在适宜的工作温度范围内。
总的来说，激光冷水机通过制冷循环和冷却循环的配合，实现对激光器产生的热量进行散热，以保证激光器正常工作。
激光制冷的原理
激光制冷的原理
激光制冷是一种利用激光与物质相互作用的原理，将物质从外部吸收的热量转化为激光辐射能量，使物质的温度降低的技术。
其原理如下：
1. 光吸收：使用特定波长的激光照射物质，激光能量会被物质吸收。
2. 激发：吸收激光能量后，物质的电子能级会发生激发，进入高能态。
3. 自发辐射：在经过一段时间的激发后，物质的电子会自发地从高能态跃迁到低能态，并释放出辐射能量（光子）。
4. 辐射冷却：释放出的光子具有辐射能量，会带走物质的一部分热量，从而使物质的温度降低。
5. 辐射传输：激光辐射能量会以光的形式传播出去，辐射到周围的环境中，从而完成与环境的热交换。
6. 循环过程：循环进行激发和辐射冷却的过程，不断将热量转化为光能量带走，从而实现物质的制冷。
需要注意的是，激光制冷的效果很大程度上取决于物质的吸收特性和材料的能级结构。
只有在特定的波长和特定的物质体系下，才能实现高效的制冷效果。
激光设备冷却系统设计和改进【最新资料】
激光设备冷却系统设计和改进摘要：随着科学技术的飞速发展，激光设备冷却系统作为一种特殊的制冷装置，具有较高的可靠性、较强的环境适应性。
本文以某行业的激光设备为例，分析并研究了激光设备冷却系统设计与改进方式，并提出建议。
关键词：激光设备；冷却系统；设计前言随着激光技术的不断加深，激光已经广泛应用于各个行业，在军事方面的应用尤为显著，其中强激光已经发展为定向能武器之一。
在激光武器系统中，激光器在日常运行中会产生大量的热能，影响了激光系统的工作效率。
为了提高激光器的工作质量，就必须尽快散发热量。
固体激光器正常运行时需要保证一定的温度，从而确保设备能够匀速并稳定运行，这一情况可以通过控制冷却水箱的温度实现。
此外，冷却水箱的温度控制难以在散热空间小、高热量密集的区域下进行。
因此，优化激光设备冷却系统设计尤为必要。
本文就激光典型的冷却技术进行探讨，其中探讨内容为液冷、喷雾冷却、热管和热泵等。
一、激光设备冷却系统设计按照车载激光设备的使用要求，激光设备使用时需要安静、稳定的工作环境。
因此，经过实验得出，直接使用制冷装置进行激光设备的冷却工作，会产生较大的噪音及震动，极大的影响了激光设备的正常使用。
在冷却系统中，首先开启制冷装置，先对蓄冷系统进行蓄冷工作，然后启动释冷系统，制冷时间为半小时。
这一冷却系统主要包括蓄冷系统、释冷系统。
冷却系统的工作原理：当启动蓄冷系统时，制冷装置中的螺杆压缩机、风冷冷凝器、贮液器、膨胀阀、板式蒸发器、冷却风机、蓄冷水泵、过滤器以及蓄冷水箱同时进入工作。
开启蓄冷系统时，应严格按照使用说明一步步操作，首先开启冷却风机、蓄冷水泵、螺杆压缩机，从而实现对蓄冷系统蓄冷，当蓄冷系统温度为零下10℃时，蓄冷系统会自动关闭，激光设备暂停工作。
当启动释冷系统时，循环水泵、水路过滤器、三通调节阀、蓄冷水箱同时进入工作。
开启释冷模式时，首先开启主循环水泵，这时蓄冷水箱内的冷却液体跟随主循环水泵一起工作，经过三通调节水阀的控制，实现激光设备换热部件与其他换热部件进行换热，从而达到散发激光设备余热的目的，这时冷却液体用剩下的一部分会自动回到三通调节水阀，另一部分会继续跟随主循环水泵工作，循环散热，直到供水温度达到指定数值时，释冷系统就会自动关闭。
激光冷却机操作说明书
激光冷却机操作说明书一、特点与功能1．制冷系统元件系用国际品牌元件，无盘管纯不锈刚材料水箱，具有持久稳定的制冷效果。
2．带超高低温显示及信号输出保护，配置常开常闭以供选择。
3．带流量保护装置，当水流过少时自动断开激光机电源防止激光机因缺水而过热。
二、机安装注意事项1．激光冷却机最重散热效果，故安装前请选择地基平稳，四周空气畅通，空气无污染，油气少之场所，安装时环境湿度最好在45℃以下，确保机器最大发挥功能。
三、首次运转请注意以下事项1．电源电压是否符号型号规格（AC220V）2．先行将冰水箱从注水口加满水后方可启动水泵，如未加满打开水泵开关，蜂鸣器将发出报警，从注水口注入自来水到不报警为止，此时水泵将自动运转，后发生同种报警以相同方法处理。
3．水泵运行后，开启压缩机开关，经延时开关压缩机及风扇自动运行，请查视及调节所需温度。
4．关机时，请以反方向操作。
5．温控器应避免设定在5℃以下，防止蒸发器结冰6．操作开关请尽量避免连续切换。
四、操作说明1．上电后，首先打开水泵开关，注入自来水（纯净水）到不报警为止接下压缩机开关，温控表显示数值，经延时，压缩机启动，（注.为防止激光头缺水而过热，配有水流是过少时自动断开激光机电源功能，并配有缺水无源信号线常开，常闭以供客户选用。
）1．表面按键（SET）按压此键显示设定点温度，“SET”显示灯会亮，出现“L1”及数字，设定温度可在5秒内利用“∧”或“∨”键加以改变，当设定温度完成后，再按“SET”键控制器将自动转回现温度状况，且设定温度将自动输入于记忆体中。
（出厂设定为+3℃）2.“∧”上用来增加设定点值或改变参数，按住则数值增加3. “∨”下用来减少设定点值或改变参数，按住则数值减少。
注意：㈠设定参数或改变参数请在5秒钟内调整，如超过5秒显示会跳回原处。
㈡出厂温度设定最低下限为+3℃。
㈢出厂温度设定最高上限为+50℃。
五、维护与保养A、冷凝器由于风冷冷凝器注意本身洁净，如果再积尘垢就降低换搪效果，不但影响散热效果，制冷量下降，且同时影响轴功率的增加，极易损坏压缩机，所以必须注意：定期清洗冷凝器。
激光器水冷原理
激光器水冷原理激光器是一种利用激光介质中的原子、离子或分子之间的跃迁辐射出的相干光进行放大的装置。
在激光器的工作过程中，由于能量的大量聚集和高功率的输出，会导致激光器产生大量的热量。
为了保证激光器的稳定运行和延长寿命，需要对其进行冷却。
而激光器水冷就是一种常见的激光器冷却方式。
激光器水冷的原理是利用水的高比热和良好的导热性能，通过水冷系统将激光器的热量有效地散发出去。
具体来说，激光器水冷系统主要包括水冷器、水泵、水管和冷却头等组成部分。
水冷器是水冷系统的核心部件，通过与激光器接触，将激光器产生的热量吸收到水中。
水冷器通常采用金属材料制成，具有良好的导热性能和散热效果。
激光器的热量通过与水冷器的接触，迅速传导到水中。
水泵是水冷系统的动力源，主要负责将冷却水流动起来。
水泵会将水从水冷器中抽取出来，并通过水管输送到激光器的冷却头部位。
水泵的作用是让冷却水不断循环流动，以保证激光器的冷却效果。
然后，水管是连接水冷器、水泵和激光器的通道，起到输送冷却水的作用。
水管通常采用导热性能好的材料制成，以减少能量损失和热量积聚。
水管的设计应合理，并且安装要牢固可靠，以确保冷却水的畅通流动。
冷却头是激光器的关键部件，直接与激光器接触，承担着散热的任务。
冷却头通常由导热材料制成，具有良好的导热性能。
冷却头的设计要与激光器的外壳结构相匹配，以确保热量能够快速传导到冷却水中，并且不会对激光器的正常工作产生影响。
总结起来，激光器水冷的原理是通过水冷系统将激光器产生的热量有效地散发出去，保证激光器的稳定运行和延长寿命。
水冷器、水泵、水管和冷却头等组成部分共同协作，形成了一个完整的激光器水冷系统。
通过合理设计和配置，激光器水冷系统能够高效地将热量传导到冷却水中，并迅速散发到周围环境中，确保激光器的正常工作和稳定性。
激光器水冷技术在激光器行业中得到了广泛应用，为激光器的稳定性和可靠性提供了有力的保障。
空间冷原子钟 激光冷却
空间冷原子钟激光冷却
空间冷原子钟是一种利用激光冷却技术来冷却原子并实现高精度时间测量的装置。
激光冷却是一种通过激光与原子相互作用，利用光压效应将原子从高能量状态冷却至低能量状态的技术。
在激光冷却过程中，激光束与原子发生相互作用，将原子的动能减小，使其运动速度降低，从而冷却原子。
空间冷原子钟利用激光冷却技术将原子冷却至极低温度，通常在微开尔文级别。
冷却后的原子在真空条件下将保持低温状态，并在该状态下实现高精度的时间测量。
空间冷原子钟的原理是利用冷却后的原子的共振频率与时间的关系来测量时间。
相比传统的原子钟，空间冷原子钟具有更高的精度和稳定性。
它可以在微小的时间尺度上进行测量，可用于高精度的时间标准、导航系统和测量科学等领域。
空间冷原子钟的发展对于实现空间探测任务中高精度时间测量的需求至关重要。
它具有在微重力和极端环境条件下稳定工作的特点，可以应用于太空探测器和航天任务中，提供高精度的时间标准和导航精度。
高功率固体激光器冷却技术
高功率固体激光器冷却技术
高功率固体激光器是目前工业、医疗等领域广泛应用的重要设备
之一。
然而，随着激光功率不断提升，激光器的温度也相应上升，需
要采用高效的冷却技术来维持设备运行的稳定性。
目前，常用的固体激光器冷却技术包括水冷和风冷两种。
水冷利
用水的高热容和热导率，通过流动的水循环冷却激光器内腔，可实现
较高功率的冷却效果。
风冷则通过强制对流的方式，将空气吹入激光
器内腔，以降低其温度。
相比而言，水冷可以实现更高的冷却效率，
但在安装和维护上较为繁琐，且对水质要求较高；而风冷则操作简单，但冷却效率相对较低，限制了其在高功率激光器上的应用。
除此之外，还有一些新型的激光器冷却技术也在不断涌现。
例如，利用基板上的微通道和换热器实现的微渠道冷却技术，不仅能够实现
高效的冷却，还可以减小设备体积和重量，提高设备的集成度和稳定性。
此外，使用液态氮或液态氢等低温介质来冷却激光器的低温冷却
技术，也在一些高端应用领域得到广泛应用。
总的来说，冷却技术是决定高功率固体激光器性能和寿命的关键
因素之一。
随着技术的不断发展，我们可以期待更加高效、稳定的固
体激光器冷却技术的出现。
激光冷却原子
激光冷却原子
激光冷却是一种使用激光光束来降低原子或分子的动能和温度的技术。
这种技术是基于原子或分子吸收和发射光子的能量交换原理而发展起来的。
激光冷却通常使用三种不同的技术：蒸汽冷却、沉积冷却和弹性冷却。
蒸汽冷却是通过向原子蒸汽中照射合适的激光光束来冷却原子。
当激光光子的能量与原子的能级差相匹配时，原子会吸收光子的能量并获得一个很小的动量。
重复这个过程可以降低原子的动能和温度。
沉积冷却是一种将原子从高能级跃迁到低能级的技术。
通过向原子发射比吸收激光光子能量更高的光子，原子会跃迁到低能级，并失去能量和动量。
这样重复操作可以冷却原子。
弹性冷却是一种通过光子的动量传递来冷却原子的技术。
原子与激光光子发生碰撞时，会吸收或发射光子的能量，并改变自身的动量。
通过调整激光光束的参数，可以使得原子的平均动能降低，从而冷却原子。
激光冷却技术的发展使得科学家能够将原子和分子冷却到极低的温度，甚至接近绝对零度。
这种冷却技术在原子物理、量子物理和凝聚态物理等领域有广泛的应用。
激光冷却液生产工艺流程
激光冷却液生产工艺流程
激光冷却液制作配方及工艺流程：亲，激光冷却液制作配方及工艺流
程具体如下您看看本实用新型涉及防冻液制冷装置技术领域，尤其涉及一
种超低温激光器防冻液制冷装置。
背景技术：2、防冻液又名防冻冷却液，是一种有防冻功能的冷却液，它可以防止冷却液结冰而胀裂散热器和冻坏
发动机气缸体，防冻液在常态下和环境温度一致，可以通过散热系统释放
吸收热量，属于被动冷却介质的一种。
3、激光器在使用时会产生大量热量，所以为防止高温对激光器的使用造成影响，所以需要对其进行降温，
而传统的激光器防冻液制冷装置在使用的过程中防冻液的温度会逐渐升高，从而在防冻液箱体内形成正压，所以处于高温高压状态的冷却液很容易从
缝隙处渗漏，这样就需要不断的补充冷却液，增加了使用成本，而且防冻
液本身还具有一定的腐蚀性，而且在高温高压的情况下还会对防冻液箱体
造成破坏，使其有破裂的风险。
技术实现要素：4、本实用新型的目的是
提供一种超低温激光器防冻液制冷装置，解决了现有技术中的问题。
5、
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：6。
一种超低温激
光器防冻液制冷装置，包括防冻液箱体，所述防冻液箱体上固定管连接有
出气管和进液管，所述出气管内滑动连接有塞子，所述出气管的外表面套
设有弹簧，所述防冻液箱体内固定连接有四个弧形板，所述防冻液箱体内
固定连接有隔板，所述隔板上设有多个漏孔，所述防冻液箱体的一侧固定
连接有二号连接管，所述二号连接管的另一端固定连接有散热板。
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二、发展历史
1985 年 ， 朱 棣 文 用 “ 光 学 粘 胶 方 法 optical molasses ”,三对两两相向的激 光束相互垂直地相交，形成一个小区域， 240μK 1988 年 ， 用 速 度 选 择 相 干 捕 陷 方 法 ， 2μK 1992年，朱棣文用Raman冷却达到 100nK。
3、多普勒冷却的极限
当速度被降低后，其共振条件不再 能满足，减速的效果就会弱下去， 甚至停止。必须保证共振条件的持 续满足。
4、低于多普勒极限的冷却机制
光学粘胶方法 optical molasses， 光学粘胶+一束聚焦高斯激光束→激 光捕陷中性原子。
驻波场中的原子
驻波场中原子受的散射力
不论原子的速度是负(对着光波1)或正(对 着光波2)，所受的力都是与其速度方向 相反的阻滞力，并且在满足共振条件 Δ=±kv时，阻滞力F最大；在|v|较小的 区域，阻滞力具有线性特征.在光强较弱 的情况，很易得到 F=-βv
阻滞系数
光学粘胶
原子在这样的光场中就象进入了粘稠的 胶状物一样被减速，这种情况称形成了 一维的“光学粘胶”. 在激光冷却技术中，当原子运动速度低 到一定程度后，常用“光子粘胶”来进 一步冷却.
磁阱
光阱 磁光阱
0．8
2 120
104
Hale Waihona Puke 103 1071031012 1011
六、碱金属原子气体玻色-爱因 斯坦凝聚的实现
Bose-Einstein Condensation,BEC,1924 年Bose与Einstein各自独立提出。（宏观 数量的粒子可处于同一量子态。） 1993年实验上观察到了玻色-爱因斯坦 凝聚。
四、激光冷却原子的实验方法
1、 原子束的多普勒冷却减速 2、三维光学粘胶
五、原子阱
原子阱：非均匀场形成的磁阱。 1、 磁阱 2、 光阱 3、 磁光阱（MOT） 1995年，用磁光阱实现了碱金属的玻 色-爱因斯坦凝聚。
类 型 与 参数
捕 陷 时 捕陷的原 原子数 间 （ 秒 ） 子 数 （ 个 ） 密度
激光冷却意义
T很低时，λ较长，可以研究原子的干涉、 衍射等物质波问题，即德布罗意波光学。 超冷原子的特性：碰撞时间很长，激发 态原子衰变，形成分子。 玻色-爱因斯坦凝聚：大量原子处于相同 的最低量子态。 实用意义：原子频标、原子钟精度可望 提高两个量级。
二、发展历史
1975 年 ， 汉 斯 (T.W.Hansch) 和 肖 洛 (A.L.Schawlow)提出了激光冷却原子的思想。 即用准单色激光照射原子，可使其损失动量而 减速。 1979年，首次观测激光减速原子的效应。 1980-1981年，激光扫描方法得到较显著的原 子束减速，1.5K 1982年，用塞曼移频补偿方法获得了显著的原 子束减速，100mK
三、激光冷却原子的物理机制
1、 基本思想 运动着的原子在共振吸收迎面射来的光 子后，从基态过渡到激发态，其动量就 减小，速度也就减小了。 而处于激发态的原子会自发辐射出光子 而回到初态，并由于反冲会得到动量。 此后它又会吸收光子，又自发辐射出光 子。
速度减小量为
h 0 v M c
二、发展历史
1995年，磁光原子阱和蒸发冷却的方法 得到20nK，2.8nK. 朱棣文用钠原子喷泉 方法达到24pK。 激光冷却与激光捕陷是相互紧密联系的， 没有成功的冷却就很难捕陷，而最深的 冷却则是在捕陷后才达到的。
朱棣文
1948年出生，祖籍江苏太仓城厢镇，生于美国密苏里 州圣路易斯，美籍华人，美国科学院院士。 1970年，朱棣文获得纽约州罗彻斯特大学数学与物理 双学士学位，1976年又获得伯克莱大学物理学博士学 位，并在该校从事两年的博士后研究。 1978年到美国贝尔实验室任电磁现象研究人员，因成 绩显著并做得一手“漂亮实验”，于1983年升为该实 验室量子电子学研究部主任。1987年转任斯坦福大学 物理学教授，1990年升任该校物理系主任，是量子光 学的权威。
专题十 激光冷却和捕陷中性原子
当代物理与技术
一、研究意义
操纵、控制孤立的原子一直是物理学家追求 的目标。
8kT 8RT v m
当T→0K，v→0。这样才便于将原子控制在 某个空间小区域中。
激光冷却
在低温下，分子、原子热运动的影响大 大减弱，原子更容易暴露出其“本性”。 20世纪80年代，人们用激光冷却中性原 子已达20nK的极低温度，而且可将冷下 来的中性原子捕陷在空间小区域达几十 分钟，这种获得低温的方法叫做激光冷 却。
朱棣文教授以实验物理方式发展出用激光冷却 原子至超低温的最新技术，这是一项目前世界 上最尖端的科学激光致冷捕捉技术研究，这个 成果将涉及到多种领域的开发利用。 1997年10月15日瑞典皇家科学院宣布，授于朱 棣文1997年诺贝尔物理学奖，这是继杨振宁、 李政道、丁肇中、李远哲之后第五位获得此项 殊荣的华裔科学家，又是继吴健雄教授之后的 又一位名扬世界的太仓籍大科学家。
1、基本思想
原子吸收的光子来自同一束激光， 方向相同，都将使原子动量减小。 自发辐射出的光子的方向是随机的， 多次自发辐射平均下来并不增加原 子的动量。所以，经过多次吸收和 自发辐射后，原子的速度就会明显 地减小，而温度也就降低了。
2、多普勒冷却（Doppler Cooling）
原子静止时的吸收频率为ν0 ，当它以速度v相 对光波运动时，被共振吸收的光波的频率应 是 v 0 (1 ) c 这也是共振条件。 因此，要实现原子减速，就要考虑入射光子 对运动原子的多普勒效应，来选择激光波长 （或频率）（调谐激光器），让ν低于ν0时， 可观察到原子的减速效应。
激光冷却意义：
提高高分辨光谱研究的精度，大力推动原子、 分子物理学的发展。 热运动→谱线增宽，（多普勒增宽，碰撞增宽， 渡越增宽，相对论增宽等），当T→0K，原子 谱线的宽度就是由能级跃迁的量子性质（原子 能级寿命）决定的自然宽度。 激光束与中性原子的相互作用-------原子光学 （Atom Optics）, 主要研究光场作用下中性原 子束聚焦、准直、反射、分束、偏转等。