激光制冷技术

激光制冷技术
2020-01-09 19:19:52
   激光技术作为二十世纪的四大发明之一，与计算机、半导体和原子能技术并驾齐驱，在许多工业中得到了广泛的应用，然而说到激光，大多数人能想到的往往是它在机械加工中的应用。

       事实上，除了工业切割，焊接，和医疗美容的应用..激光还有许多其他用途，例如在制冷方面。激光冷却的概念最早是苏联学者在1962年提出的，在这一概念被学术界关注之前，苏联学者在沉默了一段时间之后才提出，1985年，美国华裔著名科学家朱棣文利用激光冻结原子，成功实现了低温环境，并因这项发明获得1997年物理学奖。

       多普勒冷却技术
       那么为什么激光器会制冷呢？一般来说，物体的原子总是不规则地运动，这在物理学中被称为热运动，原子的运动越剧烈，物体的温度越高，温度越低..因此，如果有办法降低原子的运动速度，就可以降低物体的温度，激光制冷的原理一般可以理解为利用大量的光子阻挡原子的运动，以降低原子的运动速率，进而达到降低物体温度的目的。

       激光是一束高度集中的能量，因为它发射的光粒子有一个统一的方向，当激光束进入人体时，由于大量粒子进入人体，物体中的粒子变得如此拥挤，不能像以前那样“跳跃”，从而减少了分子的热运动。

       1995年，达诺基团队使用多普勒冷却技术，将铯原子冷却到2.8nk的低温。德国伯恩大学（universityofbern）的物理学家们利用这项技术实现了高密度的光子浓度，这是一种很有前途的太阳能电池技术，它将在阴天保持电池的效率。

       反斯托克斯荧光制冷技术
       多普勒冷倒是激光制冷中最基础的机制，起初又发展出一种名为反斯托克斯荧光制冷技术，这种技术的理念最早由P.Pringsheim于1929年提出。

       1995年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室空间制冷技术研究组的爱泼斯坦和他的同事首次成功地通过激光诱导的抗斯托克斯荧光在固体材料上获得了可测量的制冷量。

       1999年，低温物理学家E.用掺杂蓝宝石激光器激发GaAs/GaAl半导体量子井材料的空穴激子，实现空穴激子的反斯托克斯荧光发射。给出了不同温度下制冷效率与制冷温度的关系。

       2010年，科学家利用激光将分子冷冻到接近绝对零度，这是单分子激光制冷首次达到如此低温，这是制造量子计算机、控制物质化学和物理过程的一大进步。

       随着技术的不断发展，激光冷却开始获得许多应用，例如原子刻蚀、原子光学、高分辨率、原子钟、光镊等基础研究。该技术还可用于金属焊接和人体手术，相信在未来，这项技术会得到更广泛的应用。

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