激光制冷的原理
激光制冷
激光制冷说道激光制冷，就不能不先说下，什么是激光。
激光（英语：L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation，缩写为LASER，或laser），是指窄幅频率的光辐射线，通过受激辐射放大和必要的反馈共振，产生准直、单色、相干的光束的过程及仪器。
基本上，产生激光需要“共振结构”、“增益介质”及“激发来源”这三个要素。
爱因斯坦在1930年代描述了原子的受激辐射。
在此之后人们很长时间都在猜测，这个现象可否被用来加强光场，因为前提是介质必须存在着群数反转（或译居量反转）的状态。
在一个二级系统中，这是不可能的。
人们首先想到用三级系统，而且计算证实了辐射的稳定性。
1958年，美国科学家肖洛(Schawlow)和汤斯(Townes)发现了一种神奇的现象：当他们将氖光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。
根据这一现象，他们提出了"激光原理"，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激发时，都会产生这种不发散的强光--激光。
他们为此发表了重要论文，并获得1964年的诺贝尔物理学奖。
肖洛和汤斯的研究成果发表之后，各国科学家纷纷提出各种实验方案，但都未获成功。
1960年5月16日，美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。
1960年7月7日，梅曼宣布世界上第一台激光器由诞生，梅曼的方案是，利用一个高强闪光灯管，来刺激红宝石。
由于红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉，所以当红宝石受到刺激时，就会发出一种红光。
在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔，使红光可以从这个孔溢出，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使其达到比太阳表面还高的温度。
激光制冷的原理和应用实例
激光制冷的原理和应用实例激光制冷的原理激光制冷是一种基于激光的冷却技术，能够将物体的温度降低到接近绝对零度。
其原理基于反常的光致蒸发强迫冷却效应和多光子吸收机制。
反常的光致蒸发强迫冷却效应反常的光致蒸发强迫冷却效应是指当一个物体吸收激光光子时，由于光子能量的差异，物体从高能级跃迁到低能级的过程中会释放出更多的热量。
多光子吸收机制多光子吸收机制是指在较高光强的激光作用下，物体会吸收多个光子，这样可以将更多的热量转化为辐射能量，从而降低物体的温度。
激光制冷的应用实例激光制冷技术在几个领域中得到了应用。
1. 冷冻食物激光制冷技术可以用于冷冻食物，通过激光对食物进行冷却，可以快速降低食物的温度，保持其营养成分和风味。
此外，激光制冷还可以帮助延长食物的保鲜期，减少食物的损耗。
2. 医疗领域激光制冷技术在医疗领域中也有广泛的应用。
例如，激光制冷可以用于减轻疼痛和肿胀。
其原理是通过激光冷却组织，减少炎症反应，从而缓解疼痛和肿胀。
3. 电子设备散热激光制冷技术还可以用于电子设备的散热。
传统的散热方式通常是通过风扇或散热片来进行，但有时效果不佳。
而激光制冷技术通过激光照射热量较大的电子组件，迅速将其冷却，提高散热效果。
4. 材料科学研究激光制冷技术在材料科学研究领域中也有广泛的应用。
例如，研究人员可以使用激光制冷技术来冷却和控制材料的温度，从而研究材料的性质和行为。
5. 量子计算激光制冷技术在量子计算方面也扮演着重要的角色。
量子计算需要将量子比特冷却到接近绝对零度的温度，以避免量子噪声的干扰。
激光制冷技术可以提供高效的冷却方法，帮助实现量子计算的稳定性和准确性。
总结：激光制冷技术通过反常的光致蒸发强迫冷却效应和多光子吸收机制，可以将物体的温度降低到接近绝对零度。
在冷冻食物、医疗领域、电子设备散热、材料科学研究和量子计算等领域中得到了应用。
激光制冷技术的应用为这些领域带来了许多好处，同时也为激光制冷技术的研究和发展提供了更多的可能性和挑战。
激光制冷
激光制冷一、激光制冷的原理激光的制冷原理就是要降低物体中分子的热运动.我们知道物体的温度与分子的热运动有关,分子运动月剧烈,则物体的温度就越高;反之,分子的热运动越慢,物体的温度就越低.激光是具有高能量的,就是因为它发出的光粒子都是往同一个方向的,所以这些粒子相当的集中(即单位空间内所含有的粒子数多),当有激光射入物体内时,由于激光的粒子相当多,使得物体内的微粒相当拥挤,它们几乎不能像原来一样乱到处"动弹"剧烈运动.从而降低了分子的热运动,能量从原子到光子的转换能使原子冷却到绝对温度零上的百万分之一度弱,物体的温度也就降低了.二、激光制冷的发展1975年，T.W.Hānsch和A.L.Schawlow首先建议用相向传播的激光束使中性原子冷却。
他们的方法是：把激光束调谐到略低于原子的谐振跃迁频率，利用多普勒原理就可使中性原子冷却。
1985年，华裔科学家朱棣文和他的同事在美国新泽西州荷尔德尔（Holmdel）的贝尔实验室进一步用两两相对互相垂直的六束激光使原子减速。
他们让真空中的一束钠原子先是被迎面而来的激光束阻碍下来，之后把钠原子引进六束激光的交汇处。
这六束激光都比静止钠原子吸收的特征波长长一些。
而其效果就是不管钠原子向何方运动，都会遇上具有恰当能量的光子，并被推回到六束激光交汇的区域。
从而在这个小区域里，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。
由六束激光组成的阻尼机制就像某种粘稠的液体，原子陷入其中会不断降低速度。
大家给这种机制起了一个绰号，叫“光学粘胶”。
但由于重力的作用，这一现象并为维持多久，因为其并未使原子陷俘。
1987年，磁光陷阱被做成，从而有了新的突破，它是用上述六束激光再加上两个线圈组成。
线圈产生微小变化的磁场，该磁场最小值处于激光相交的位置，由于塞曼效应。
就会产生一个比重力大的力，从而把原子拉回到陷阱中心。
从而原子被约束在一个很小的区域。
激光制冷2
激光制冷二十世纪七、八十年代，科学家们为了冷却原子以精确的测量原子光谱而研发了激光制冷技术。
激光制冷是通过激光光子的能量直接束缚被冷却物质的分子或原子的热运动来降低温度的, 是微观对微观的物质行为。
激光制冷的实质与原子不停的无规则运动有关，运动越剧烈温度越高;反之，温度越低。
激光制冷的原理有两种：多普勒制冷技术和反斯托克斯荧光制冷技术。
多普勒制冷是利用大量的光子阻碍原子运动，能量从原子到光子转换，从而使原子冷却。
反斯托克斯荧光冷却是通过激光诱导反斯托克斯荧光在固体材料上获得可测量的制冷量，实现光能向热能的直接转换。
多普勒制冷使得原子束中粒子的运动速度被限制在较小的一个范围内，激光束同时也使得原子束整体运动的速度减慢。
我们知道多普勒冷却冷却技术的原理是通过激光发出光子来阻碍原子的热运动，这是阻碍是通过减小原子的动量来实现的，所以实现制冷只需要减小原子的动量即可。
根据量子力学理论，如果正在进行中的原子被迎面而来的激光照射只要激光的频率和原子的固有频率一致就会引起原子的跃迁，原子会吸收迎面而来的光子而减小动量，与此同时，原子跃迁而发射出同样的光子，不过它发射的光子是朝四面八方的，因此，实际效果是原子动量每碰撞一次就减小一点，直至最低值。
动量和速度成正比，动量越小速度越小，温度也就越低。
反斯托克斯效应是一种特殊的散射效应, 其散射荧光光子波长比入射光子波长短。
以反斯托克斯效应为原理的激光制冷正是利用散射与入射光子的能量差来实现制冷效应的。
其过程可以简单理解为: 用低能量的激光光子激发发光介质, 发光介质散射出高能量的光子, 将发光介质中的原有能量带出介质外, 从而产生制冷效应。
与传统的制冷方式相比,激光起到了提供制冷动力的作用, 而散射出的反斯托克斯荧光是带走热量的载体。
激光制冷有体积小、重量轻、无振动和噪声、无电磁影响、可靠性高、寿命长等优点，在现代军工、空间技术、微电子技术、光计算和存储等领域具有应用前景。
激光制冷的原理
激光制冷的原理激光制冷的原理1985年，美国华裔物理学家朱棣文应用激光冷冻原子实现了低温环境，他因这一发明荣获1997年的诺贝尔物理学奖。
激光为什么能制冷?原来，物体的原子总是在不停地做无规则运动，这实际上是影响物体温度变化的热运动，原子运动越激烈物体的温度越高，反之温度就越低。
如果有手段降低原子的运动速度，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约每秒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向对原子进行照射，使原子陷于光子海洋中，它的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"，被"粘"住的原子可以降到几乎接近绝对零度的低温。
激光能把材料中的热量逐渐排出直至这些材料像冰冻的冥王星一样冷。
美国的科学家已经研制出激光冷却器的样机，他们希望能把这些冷却器放到卫星上使用，一种叫做多普勒冷却的技术一直是用激光冷却材料。
由于利用光子使原子减速，能量从原子到光子的转换能使原子冷却到绝对温度的零上百万分之一度。
利用光使大物体冷却的想法是德国物理学家晋林希姆在1929年首先提出的。
他知道，物质发射荧光时会变冷，当分子吸收光时它的电子就受激。
而分子的激发状态是不稳定的它会失去多余的能量。
如果能够使分子发生永久性化学变化(如拆开一个键)，或者是将分子升温使它和周围环境变热。
多余的能量就会以光的形式离开分子。
通过荧光辐射来减少全部多余的能量，要比受激激发时吸收的能量更多，冷却便可实现。
采用的办法是对激光束中光子的能量进行挑选，以便它只被材料中那些已经具有某种能量的分子所吸收，达到先对这些分子"加热"的目的。
由统计分析方法可知，物质中有一部分分子总是比其它分子的温度要高，当它们吸收了光子就跃迁到更高一级的能态。
在有些材料中，这时荧光辐射带走了比光子被时更多的能量，也就是使分子比它们原来的能级更低，处于更"冷"的振动态。
激光冷却技术在原子物理学中的应用
激光冷却技术在原子物理学中的应用原子物理学作为一门研究原子及其内部结构、性质及相互作用的科学，一直以来都在推动着人类科技的发展。
而在这个领域中，激光冷却技术作为一种重要的实验手段，被广泛应用于原子物理学的研究和实验中。
本文将探讨激光冷却技术在原子物理学中的应用，并对其原理和意义进行解析。
一、激光冷却的原理激光冷却技术是利用激光对原子进行定向辐射，从而降低原子的动能和温度。
其基本原理是通过激光与原子间的相互作用，使原子获得动量，并在辐射的过程中失去动能。
当原子的平均速度降低到与外部环境温度相当的时候，即可实现冷却效果。
激光冷却技术主要包括来自不同方向的激光束对原子的冷却和减速作用，通过这种方式，可以将原子冷却到近绝对零度的温度。
二、激光冷却的应用1. 原子钟研究在原子物理学中，原子钟是一种非常重要的精密测量仪器。
而激光冷却技术的应用，使得原子钟的精度得到了显著提高。
通过激光冷却技术，科学家可以将铷原子冷却到极低的温度，提高原子钟的频率稳定性和精确度，从而使得原子钟在导航系统、通信系统以及科学研究领域等方面发挥更加重要的作用。
2. 量子计算研究激光冷却技术在量子计算领域也得到了广泛应用。
量子计算是一种利用量子态演变来进行计算的新理论。
激光冷却技术可以将原子冷却到几纳开尔文的低温，使原子的运动速度变慢，从而可以更好地控制原子的量子态，实现信息存储和传输等关键技术，为量子计算的研究提供了重要的实验基础。
3. 量子模拟研究量子模拟是指通过模拟量子系统来研究复杂的物理现象。
在原子物理学中，激光冷却技术可以将原子冷却到近绝对零度，并将原子束固定在空间中，使得原子之间的相互作用可以被精确地控制和测量。
这种模拟实验不仅可以帮助科学家更好地理解和解决复杂的物理问题，还可以为新材料和高性能器件的设计提供重要的理论依据。
三、激光冷却技术的意义激光冷却技术的应用在原子物理学中具有重要的意义。
首先，激光冷却技术可以使原子冷却到非常低的温度，接近绝对零度，这使得原子的运动速度减慢，使研究者能够更好地探究原子的内部结构和特性。
激光冷水机工作原理以及安装注意事项
激光冷水机工作原理以及安装注意事项一、激光冷水机工作原理激光冷水机工作原理是先向冷水机机内不锈钢水箱中注入一定量的水，通过冷水机的制冷系统将水冷却(制冷压缩机将蒸发器内的低压低温制冷气体(制冷剂:R22)吸入气缸，经过压缩机做功，使之成为压力和温度都较高的气体，进入冷凝器内，高温高压的制冷剂气体与冷却介质冷却风进行热交换，把热量传到激光冷水机外，而制冷剂气体凝结为高压液体)再由冷水机的水泵施压将低温冷却的水传送至需冷却的激光设备，这时候经过冷冻机冷冻过的水将激光机里的热量带走后温度升高再回流到水箱中再经过冷水机的降温冷却循环，达到冷却的作用。
二、安装注意事项（a）打开包装，检查机器是否完好，附件是否齐备。
安装人员必须具备相关的专业知识（或者有专业人员指点）（b）确认设备是否正确接地，虽然冷水机的平均工作电流不大，但是其瞬时工作电流有时高达6~10安培（c）拧开机器注水口，加入冷却水。
只能使用中性纯净的水，不允许水中含有颗粒状的固体。
（d）为保护循环水泵，严禁无水运行！（e）确保冷水机入风、出风通道顺畅，请勿将异物放入设备内部！（f）出现异常情况时候，应先停止机器运作，切断电源，向专业人士反馈异常现象，切记不能继续使用。
（g）当水温低于环境温度，并且环境湿度较大时，循环水管与被冷却器件表面会产生冷凝水。
三、激光冷水机制冷量1、顾名思义为冷却系统的实际制冷能力，是激光器冷却设备选择的第一个指标。
2、一般我们可以根据激光器的光电转换效率来计算出激光器的发热量，再来选择。
P热=P激光/μ3、有些时候我们，我们直接根据激光电源的输入额定功率减去激光器的输出功率来确定激光冰水机的制冷量。
比如我们常用的射频激光器和固体激光器都会标明额定满功率的电源电压和电流，以相干70W射频激光器为例，其要求电源输入48V25A，瞬时36A，可以计算输入功率最大1200W。
四、激光冷水机特点及功能1、设计精巧、安装、操作方便；2、制冷系统均采用国际品牌组件，控制精度为±0.3℃～±0.5℃；3、循环水系统采用工业塑料防锈水泵，不锈钢水箱，PVC连接材料，无锈蚀之忧；4、带流量保护装置，可输出信号给外部设备；5、温控器采用自主研发生产的电子温控器，多种设定和故障提示功能，只需一键操作（开关键），其它均由记忆功能自动实现。
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。
激光制冷的原理
激光制冷的原理激光制冷是一种利用激光技术来实现物体降温的方法。
它利用激光的特殊性质，通过光子的动量传递来使物质的温度下降。
激光制冷的原理可以用以下几个步骤来描述。
激光制冷的基本原理是利用光子的动量传递。
当光子与物质相互作用时，会传递给物质一定的动量。
根据动量守恒定律，物质吸收光子的动量后会获得一个反向的动量，从而减小其自身的动能，即温度。
为了实现激光制冷，需要选择合适的激光波长。
根据光子的能量公式E=hc/λ，其中h为普朗克常数，c为光速，λ为光波长。
由此可见，光子的能量与光的波长成反比。
因此，选择较短的激光波长可以提高光子的能量，从而增强激光制冷效果。
接下来，激光制冷还需要利用达到玻色-爱因斯坦凝聚的物质。
玻色-爱因斯坦凝聚是一种量子现象，是指在极低温下，处于基态的玻色子会聚集在一个相同的量子态中。
这种凝聚态具有特殊的性质，可以使得激光制冷的效果更加显著。
然后，激光制冷的过程中还需要利用光谱选择性。
光谱选择性是指不同频率的光对物质的相互作用效果不同。
通过选择合适的光谱范围，可以实现对物质中特定能级的激发或退激发，从而实现物质的冷却。
激光制冷还需要利用光的多普勒效应。
多普勒效应是指当光源和物体相对运动时，光的频率会发生变化。
利用多普勒效应，可以实现对物质的冷却。
当光源和物体相对运动时，光子的频率会偏离与物质共振频率相等的位置，从而使得物质吸收光子的动量，达到冷却的效果。
激光制冷的原理是利用激光的动量传递效应，通过选择合适的激光波长和光谱范围，利用达到玻色-爱因斯坦凝聚的物质，以及光的多普勒效应，实现对物质的冷却。
这种原理在科研领域和实际应用中有着广泛的应用前景，可以用于制冷技术的发展以及一些特殊领域的研究。
通过不断的研究和探索，相信激光制冷技术将会在未来发挥更重要的作用。
激光制冷原理
激光制冷原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊激光制冷原理这神奇的玩意儿。
你说这激光咋还能制冷呢？这可不像咱平常想的，激光那不是很厉害很热的东西嘛，咋就和制冷搭上关系啦？别急，听我慢慢给你唠唠。
咱可以把这个激光制冷想象成一场特别的游戏。
就好比一群小朋友在玩捉迷藏，光子就是那些调皮的小朋友。
激光呢，就像是一个特别有魔力的指挥棒。
在普通情况下，这些光子小朋友们到处乱跑，热热闹闹的，就使得物体的温度升高啦。
但当激光这个神奇的指挥棒出现后，情况就不一样咯！它可以让这些光子小朋友们排好队，按照特定的方式运动。
你看啊，激光能精确地控制光子的状态和运动方向。
这就好像是把那些调皮的小朋友都训练得乖乖的，让它们别瞎捣乱。
而且呢，通过一些巧妙的设计和操作，激光能让光子带走物体的一部分能量，这不就相当于给物体降温了嘛！比如说，有个东西热得不行，就像大夏天在太阳下晒了好久的石头。
这时候激光来了，它指挥着光子们把石头上的热量一点点带走，嘿，石头就慢慢凉快下来啦！是不是很神奇？咱再深入一点说，激光制冷可不仅仅是好玩，它还有着大用处呢！在很多高科技领域，像什么量子计算啦、精密测量啦，都离不开它。
就好像一个厉害的秘密武器，能解决很多难题。
你想想，如果没有激光制冷，那些超级精密的仪器可能因为温度的一点点变化就出问题啦。
但有了它，一切都变得稳稳当当的。
而且啊，科学家们还在不断研究和改进激光制冷技术呢。
说不定以后它能给我们带来更多的惊喜和突破。
哎呀，这激光制冷原理可真是太有意思啦！它让我们看到了科学的奇妙之处，也让我们对未来充满了期待。
所以啊，可别小瞧了这看似不起眼的激光制冷，它说不定哪天就会在某个重要的地方大放异彩呢！让我们一起期待它带给我们更多的精彩吧！。
激光制冷的原理和应用视频
激光制冷的原理和应用视频一、引言激光制冷是一种利用激光来降低物体温度的新技术，具有广泛的应用前景。
本文将介绍激光制冷的基本原理和一些常见的应用场景。
二、激光制冷的基本原理激光制冷是通过利用激光与物质相互作用的原理来实现的。
具体来说，激光与物体之间发生的相互作用导致了物体内部的能量转移，进而使物体的温度下降。
2.1 光子吸收激光在物体表面吸收后，光子的能量会被物体吸收并转化为热能。
这一过程会导致物体温度的升高。
2.2 光束退火光束在物体内部传播时，会与物体内的分子碰撞，将能量转移给分子，并使其振动和旋转。
这个过程会导致物体内部的温度升高。
2.3 光学抽运光学抽运是指将激光的能量从一个频率转移到另一个频率。
这个过程可以用来实现物体温度的降低。
2.4 光子冷却光子冷却是通过激光对冷却剂施加辐射压力，使其内部分子运动减慢，从而使其温度降低。
这个过程可以用来实现物体的冷却。
三、激光制冷的应用场景激光制冷的技术在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景。
3.1 原子物理实验在原子物理实验中，激光制冷可以用来冷却原子气体，从而减慢其内部分子的运动速度。
这对于研究原子的量子行为和原子钟的精确度非常重要。
3.2 生物医学研究在生物医学研究中，激光制冷可以用来冷却细胞或组织样本，以减缓其代谢速率。
这对于研究细胞内部的生物过程和药物的作用机制非常有帮助。
3.3 光学玻璃制造激光制冷可以用来冷却光学玻璃，从而使其内部结构更加均匀。
这样可以提高光学玻璃的光学性能，使其在光学器件中的应用效果更好。
3.4 量子计算机激光制冷可以用来冷却量子比特，从而降低量子计算机的误差率。
这有助于提高量子计算机的计算精度和可靠性。
四、总结激光制冷是一种前沿的技术，通过激光与物质的相互作用来实现物体温度的降低。
它在原子物理实验、生物医学研究、光学玻璃制造和量子计算机等领域都有重要的应用。
相信随着技术的不断发展和创新，激光制冷将在更多领域发挥重要作用。
激光制冷的原理和应用
激光制冷的原理和应用激光制冷是一种基于激光与原子或分子相互作用的制冷方法。
它通过激光与物质相互作用，使物质的内能减小，从而降低物质的温度。
激光制冷不仅可以实现极低温度的制冷，还具有制冷速度快、精度高等优点，因此在物理学、量子信息、冷原子物理学等领域有着广泛的应用。
激光制冷的基本原理涉及到光压效应、光致冷效应和辐射冷却效应。
首先是光压效应。
物质被激光束照射后，光子会传递一部分动量给物质，从而产生光压效应。
如果物质处于一个均匀的光场中，吸收和发射光子的过程平衡，那么物质受到的光压平均为零。
但是，当物质处于非均匀的光场中时，例如激光束传播的光晕区域，光子受到散射的物质会受到向激光束中心的光压力，导致物质受到非均匀的力，从而产生制冷效应。
其次是光致冷效应。
物质在光场中通过吸收和发射光子的过程中，会受到光场的作用力，从而改变其动量和内能。
光致冷效应利用了光子的辐射压力，通过选择合适的光场参数，可以将吸收光子过程中产生的热能转化为动能，并将动能与光场作用的能量差传递给发射光子的舰船物质，使得物质的动能减小，达到冷却的目的。
最后是辐射冷却效应。
物质在辐射场的作用下会发生自发辐射的过程。
如果物质处于一个辐射场中，且物质的发射光谱落在辐射场的上升支上，那么物质的自发辐射会导致物质的内能减小。
因此，通过选择合适的辐射场和物质的发射光谱，可以实现物质的冷却。
激光制冷的应用十分广泛。
首先，在物理学研究领域，激光制冷被广泛用于研究低温物理学和量子物理学。
通过激光制冷，可以实现原子和分子的凝聚态行为的研究，例如玻色爱因斯坦凝聚和费米准确凝聚等。
此外，激光制冷也可以用于制备冷原子钟、制备量子比特等研究。
其次，在生命科学领域，激光制冷也有广泛应用。
例如，在生物学研究中，激光制冷被用于冷冻细胞或组织，以减小细胞或组织在解冻过程中的损伤。
此外，激光制冷也可以用于显微镜成像中，通过冷却样品，提高成像的分辨率和信噪比。
此外，激光制冷还可以应用于精密测量和控制领域。
激光冷却法原理
激光冷却法原理激光冷却法的基本原理是光压在光的传播路径上会对物质产生一定压力称之为光压在进行冷却的时候用多束激光从不同方向照射目标体使其粒子受到光压的作用以阻止其热振动以达到冷却的效果，激光冷却法是现在最先进的冷却方法之一，可以打到非常接近绝对零度的超低温。
众所周知，激光是高功率的光束，它能产生高温，因而有激光手术、激光焊接等应用。
但是激光居然还能用来冷却，而且可以冷却到绝对温度百万分之一度以下，却似乎有点不太好理解。
激光冷却涉及到多个物理原理，概括起来主要有光的多普勒效应、原子能级量子化、光具有动量。
另外，激光的高度单色性和可调激光技术也非常重要。
光的多普勒效应是指，如果你迎着光源的方向运动，观察到光的频率将会增加；如果背离光源方向运动，观察到的光的频率将会降低。
原子可以吸收电磁辐射的能量，使其本身的能量升高；也可以释放出电磁辐射，同时自身的能量降低。
原子的能级量子化，是指原子只能吸收和放出某些特定频率的电磁波。
按量子理论，电磁波的能量只能以某种不可分割的单位--能量子--与别的物质相作用。
而每一份能量子所含的能量正比电磁波的频率，所以，只吸收和释放某些特定频率的电磁波，就意味着原子的能量只能取某些特定的值，故称为能级量子化。
光与其它实物粒子一样，也具有动量。
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。
现在假设某种原子只吸收频率为f0的电磁波。
如果我们把激光的频率调在略小于f0的频率上(可调激光技术可以让我们精确地调节所需激光的频率)，并把这样一束激光射在由那种原子组成的样品上，将会发生什么现象呢？我们知道，在高于绝对零度的任何温度下，组成样品的原子都在作无规则的热运动。
当其中某个原子的运动方向指向激光的光源时，由于多普勒效应，在这个原子看来激光的频率会略高一些。
因为我们把激光的频率调在略低于f0，多普勒效应可以使得飞向光源方向的原子看到的激光频率正好等于f0。
光纤激光打码机的激光制冷原理分析
温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。
众所周知，我们周围的一切分子和原子都在进行着永不停息的无规则的热运动。
而我们制冷的实质就是降低这些分子或原子的总体上的热运动的剧烈程度，光纤激光打码机。
1、激光制冷中的一个很重要的技术就是多普勒冷却技术，多普勒冷却技术的原理就是通过激光发出光子来阻碍原子的热运动，而这个阻碍过程则是通过减小原子的动量来实现的。
那么，激光究竟是如何来减小这些原子的动量呢?首先，量子力学提出，原子只能吸收特定频率的光子，从而改变其动量。
多普勒效应指出，波在波源移向观察者时频率变高，而在波源远离观察者时频率变低。
当观察者移动时也能得到同样的结论。
同样，对于原子也是如此，当原子的运动方向与光子运动相反时，则此光子的频率将增大，而当原子运动方向于此光子运动方向相同时，则此光子频率将减小。
然后的话，另一个物理学原理就是光虽然没有静质量，但其具有动量。
那么综合以上几个个物理学特性，我们就能构建出激光冷却的简单模型。
2、激光器的频率在一定范围内是可调的，而把激光器的频率调至略低于某原子的可以吸收的频率时，就会有意想不到的结果。
当用这样一束光照射某一特定的原子时，就会发生这样的情况。
如果原子是向着激光束运动时，由于光的多普勒效应，则光子的频率增加，而原来激光光子的频率刚好是略小于原子的可吸收的频率，则此时由于多普勒效应则刚好被原子吸收。
而这一吸收表现为动量改变。
因为光子的运动方向与原子的运动方向相反，则在光子与原子碰撞之后，原子跃迁到激发态，并且动量减小，故动能也随之减小。
而对于其他运动方向的原子，则其对应的光子的频率不会增加，所以不能吸收激光束中的光子，所以也不会有动量增加这一现象的发生，相对于动能来讲也是一样。
当我们用多束激光从不同角度来照射原子，则在不同运动方向上的原子的动量都会减小，从而动能减小。
而由于在激光只减小原子的动量，所以在此过程持续一段时间后，大多数的原子的动量就会达到一个很低的水准，从而达到制冷的目的。
激光制冷典型调研报告
激光制冷调研报告一、激光制冷简介：激光制冷,也称反斯托克斯荧光制冷(Anti-Stokes Fluorescent Cooling),是近年来正在发展的新概念制冷方法。
由于激光制冷机具有体积小、重量轻、无振动和噪声、无电磁影响、可靠性高、寿命长等优点,在现代军工、空间技术、微电子技术、光计算和存储等领域具有应用前景。
二、激光制冷原理：激光是“受激辐射的光放大”的简称,其高度的单色性、相干性、方向性和亮度等优异特性,使得它在现代科学技术各领域都有着广泛的应用。
反斯托克斯效应是一种特殊的散射效应,其散射荧光光子波长比入射光子波长短[1]。
由光子能量公式E=hν=hc/λ(其中h为普朗克常数,ν为频率,c为光速,λ为波长)可知,由于hc 为常数,光子能量与波长成反比,因此在反斯托克斯效应中,散射荧光光子能量高于入射光子能量。
以反斯托克斯效应为原理的激光制冷正是利用散射与入射光子的能量差来实现制冷效应的。
其过程可以简单理解为:用低能量的激光光子激发发光介质,发光介质散射出高能量的光子,将发光介质中的原有能量带出介质外,从而产生制冷效应。
与传统的制冷方式相比,激光起到了提供制冷动力的作用,而散射出的反斯托克斯荧光是带走热量的载体。
假定某种原子具有如图1所示的特殊而简单的能级结构:基态包括两个基态多重态1和2,激发态包括两个激发态多重态3和4,并且基态与激发态间的能量间距相对较大,而同在基态或激发态的多重态间的能量间距比基态与激发态间能量间距小一个数量级以上。
根据能量劈裂原理,能量间距较大的基态与激发态间的多声子驰豫速率很小,布局再分布时间较长,辐射跃迁的量子效应接近100%;而多重态间的相对较小的能量间距不足以造成粒子跃迁,并且多重态能级之间的布局再分布速率非常快,这使得多重态平衡受扰动后能够很快恢复平衡。
激光制冷循环由光子激发(1)、声子吸热(2)、退激发(3)和再吸热(4)四个过程组成。
吸收入射激光光子的激发过程(1)使原子的能量状态从基态的顶层能级2跃迁到激发态的底层能级3,处于能级3能量状态的原子增多,破坏了激发多重态3和4的平衡,为了恢复平衡,部分处于能级3状态的原子以声子形式吸收光学介质的热量向能级4状态转移,形成吸热过程(2);处于激发态多重态4能量状态的原子通过退激发过程(3)放出荧光光子跃迁回基态多重态1能量状态,使得基态多重态能级1能量状态相对能极2具有过多的原子,为了恢复平衡,部分处于能级1状态的原子同样也以声子形式从光学介质吸热而向能级2状态转移,形成吸热过程(4)。
激光制冷
1997年诺贝尔物理学奖授予美国加州斯坦福大 学的朱棣文（Stephen Chu，1948—），法国
巴黎的法兰西学院和高等师范学院的科恩－塔 诺季（ClaudeCohenTannoudji1933—） 和美国国家标准技术院的菲利普斯（William D.Phillips1948—）（上图依次从左到右），以
基本原理：
通过激光发出光子来阻碍原 子的热运动，而这个阻碍过 程则是通过减小原子的动量 来实现的。
补充：量子力学提出，原子只能吸收特定 频率的光子，从而改变其动量。 多普勒效应指出，波在波源移向观察者时 频率变高，而在波源远离观察者时频率变 低。同样，对于原子也是如此，当原子的 运动方向与光子运动相反时，则此光子的 频率将增大，而当原子运动方向于此光子 运动方向相同时，则此光子频率将减小。
用激光束照射原子
激光器频率略小于原子受激频率
与原子运动方向同向
与原子运动方向反向
原
理
光子频率减小
图
光子频率增加
光子不被吸收
光子被吸收
原子动量不变
原子动量减少
原子运动速度减小，温度降低
反斯托克斯荧光制冷技术
原理：
利用散射与入射光子的能量差来实现制冷。用低能量的激光光子 激发发光介质，发光介质散射出高能量的光子，将发光介质中的 原有能量带出介质外，从而产生制冷效应。
1985年，华裔科学家朱棣文和他的同事在美国新泽西 州荷尔德尔（Holmdel）的贝尔实验室进一步用两两 相对互相垂直的六束激光使原子减速，其被称之为 “光学粘胶”。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。这一现象并 为维持多久，因为其并未使原子陷俘。
俘获
1987年，由于利用磁光陷 阱，有了新的突破，它是 用上述六束激光再加上两 个线圈组成。线圈产生微 小变化的磁场，该磁场最 小值处于激光相交的位置， 由于塞曼效应。就会产生 一个比重力大的力，从而 把原子拉回到陷阱中心。 从而原子被约束在一个很 小的区域。
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早在1985年，美国华裔物理学家朱棣文就成功地用滋光冷冻了原子，从而荣获1997年的诺贝尔物理学奖。
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。
徽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。
自1995年epstein实现了光与热的制冷效应的历史性突破以来,由于该制冷方法具有全光性的独特优点,同时制备的制冷器具有无振动和噪声、无电磁辐射、体积小、质量轻、可靠性高等特点,因此反斯托克斯荧光制冷器在军事、航天卫星、微电子、低温物理与工程等领域具有非常诱人的应用前景。
物体原子运动的速度通常在约每秒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。
激光能把材料中的热量逐渐排出，直至这些材料像冰冻的冥王星一样冷。
美国的科学家已经研制出激光冷却器的样机，他们希望能把这些冷却器放到卫星上使用。
近几十年来，一种叫做多普勒冷却的技术一直在用激光冷却材料，利用光子使原子减速。
能量从原子到光子的转换能使原子冷却到绝对温度零上百万分之一度弱。
但是只是在极小的尺寸上才能作到这一点。
利用光使大的物体冷却的想法是德国物理学家晋林希姆在1929年首先提出的。
他的想法是当物质发射荧光时，它会变冷。
当分子吸收光时，它的电子就受激。
这个新的状态是不稳定的，分子必须失去多余的能量。
要作到这一点，可通过使分子发生永久性化学变化（如拆开一个键），或者是将分子升温，使它和周围环境变热。
多余的能量会以光的形式离开分子。
通过使荧光离开全部能量，比吸收的能量更多，冷却便可实现。
其方法便是对激光束中光子的能量进行挑选，以便它只被材料中那些已经具有某种能量的分子所吸收，以首先实现对这些分子的“加热”。
利用统计方法可以看到，物质中有一小部分分子总是比其他分子温度高。
当它们吸收光子时，它们就受激进入更高一级的能态。
在有些材料中这时荧光会把分子带到比它们原来的能级更低，即更“冷”的振动态。
离开分子的光于是便比被吸收的光含有更多的能，这种情况被称为反斯托克斯荧光。
在理论上普林希姆的想法很好，但是实践起来却困难重重。
主要的难点在于要找到一种合适的荧光材料并把它固定在一个能让所有的入射光都被吸收和让所有的荧光都被放出的“清澈”的固体上。
阿拉莫斯国家实验室的一个研究小组首次做到了利用这种方法使一个固体冷却。
爱泼斯坦、戈斯内尔和他们的同事使高能红外激光在一个用镱（Yb3+）离子“渗杂”的玻璃基质上聚集。
特地选择镱是因为它发荧光的效率高而且电子结构简单，这样被吸收的能量作为热运动在材料里丧失的机会就少些。
爱泼斯坦小组在1995年对一块火柴棍大小的玻璃作实验时，作到了热能的损失率是激光能量的2%，它是在气体中用多普勒冷却所能够达到的效率的10，000倍。
按照戈斯内尔的的说法，他们所以获得成功是因为玻璃基质高度纯净，因而可以作到不会散射或吸收激光。
他说：“值得庆幸的是我们现在制造纯净玻璃供光纤用的能力很强。
”这次实验玻璃的温度只下降0.3℃，但当他们用光纤代替玻璃块，并且增加被吸收的激光量时，他们作到使试样的温度冷却在16℃的温度下。
在那以后，爱泼斯坦和他的同事用一对新型的镜子形成一个空腔，用这方法将他们的技术进一步改进和相应扩大。
这对镜子把一块直径约3厘米的掺镱的玻璃围在里面，它们能让镱的荧光通过，所以能量很容易离开。
然而它们会反射激光束，所以激光速会在空腔中乱跳从而使冷却的效率更高。
在样机的空腔中，掺镱的玻璃以0.5瓦每秒的速度失去能量。
科学家们计算，假如把空腔加以微调，它的温度能冷却到绝对温度60度（约―213℃）。
爱泼斯坦十分乐观，他说“我们年内即将有一个真正的冷却器。
”
“我们的第一个合适的市场可能是空间──供冷却卫星上灵敏的探测器和电子设备。
”所有高温物体能发出红外辐射。
譬如说，天文学用的红外探测器就是这个问题，因为热仪器所发出的“噪音”会淹没来自天体的信号。
所以对红外探测器械冷却是极为重要的。
迄今为止，使轨道上的探测器冷却主要是依赖一罐罐的液化气，它只能使用几年，承担更长期使命的卫星可以用机械热力泵，但是泵的发动机的振动和电磁干扰会影响红外传感器，必须把这些红外传感器仔细地保护起来。
激光冷地器没有运动的部件可能是最佳选择。
科罗拉多博尔德的保尔航空航天工业技术公司的莫德预言：“这种冷却器的冷却能力很快就能和现在使用的深冷器不相上下。
”他的公司正打算把爱泼斯坦的激光冷却器放到空间。
虽然爱泼斯坦和莫德的预计十分乐观，戈斯内尔却更谨慎些。
他预见到宇宙射线──空间的高能粒子和辐射，它们总在不断地轰击卫星由此会带来一些意想不到的问题。
他说，它们可能会弄坏镱或者玻璃，拢乱精细的光化学平衡，使重新转化成热的那部分被吸收的光的比例增加等问题。
他警告说：“实际在空间应用还远得很，可能还得10年，”但他同时又说，可以进行许多物理学上有意义的研究。
大约和爱泼斯坦最初实验同时，伦敦帝国学院的一个研究小组也注意到激光冷却，只不过这是偶然的。
化学家朗布斯和克拉克发现，通过把红色激光照射到掺有若丹明染料的聚合物薄膜上可以生成黄色荧光。
朗布尔斯说：“当我们把聚合物薄膜的温度降低几度时，黄色荧光就消失了，这表明它是被…热‟分子吸收了。
”使…热‟分子冷却意味着这些分子不再能吸光，于是荧光便消失了。
当科学家们用一个含有更多染料液体试样时，试样冷却了4℃。
朗布尔斯和克拉克找到了一种利用这个效应的方式──这一次的作法是倒过来。
1995年，他们设计并申请一个灵敏的温度计的专利，它是用一根掺杂荧光染料的光纤，一个激光器和一个通电的光探测器制成。
通过检测产生出多少荧光，它能测出温度小到0.2℃的变化。
由于它没有金属部件，它极适合在金属腐蚀的环境中使用。
朗布尔斯预见到激光冷却还有其他用途，例如供光学运算的组件使用。
他相信最终会有供光学运算用的稳步的能自动调节的材料。
由于具备这方面的能力，激光冷却器的前景将是光明的，甚至是光芒四射的。