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激光制冷技術(shù)
2020-01-09 19:19:52
   激光技術(shù)作為二十世紀(jì)的四大發(fā)明之一，與計算機、半導(dǎo)體和原子能技術(shù)并駕齊驅(qū)，在許多工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，然而說到激光，大多數(shù)人能想到的往往是它在機械加工中的應(yīng)用。

       事實上，除了工業(yè)切割，焊接，和醫(yī)療美容的應(yīng)用..激光還有許多其他用途，例如在制冷方面。激光冷卻的概念最早是蘇聯(lián)學(xué)者在1962年提出的，在這一概念被學(xué)術(shù)界關(guān)注之前，蘇聯(lián)學(xué)者在沉默了一段時間之后才提出，1985年，美國華裔著名科學(xué)家朱棣文利用激光凍結(jié)原子，成功實現(xiàn)了低溫環(huán)境，并因這項發(fā)明獲得1997年物理學(xué)獎。

       多普勒冷卻技術(shù)
       那么為什么激光器會制冷呢？一般來說，物體的原子總是不規(guī)則地運動，這在物理學(xué)中被稱為熱運動，原子的運動越劇烈，物體的溫度越高，溫度越低..因此，如果有辦法降低原子的運動速度，就可以降低物體的溫度，激光制冷的原理一般可以理解為利用大量的光子阻擋原子的運動，以降低原子的運動速率，進而達(dá)到降低物體溫度的目的。

       激光是一束高度集中的能量，因為它發(fā)射的光粒子有一個統(tǒng)一的方向，當(dāng)激光束進入人體時，由于大量粒子進入人體，物體中的粒子變得如此擁擠，不能像以前那樣“跳躍”，從而減少了分子的熱運動。

       1995年，達(dá)諾基團隊使用多普勒冷卻技術(shù)，將銫原子冷卻到2.8nk的低溫。德國伯恩大學(xué)（universityofbern）的物理學(xué)家們利用這項技術(shù)實現(xiàn)了高密度的光子濃度，這是一種很有前途的太陽能電池技術(shù)，它將在陰天保持電池的效率。

       反斯托克斯熒光制冷技術(shù)
       多普勒冷倒是激光制冷中最基礎(chǔ)的機制，起初又發(fā)展出一種名為反斯托克斯熒光制冷技術(shù)，這種技術(shù)的理念最早由P.Pringsheim于1929年提出。

       1995年，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室空間制冷技術(shù)研究組的愛潑斯坦和他的同事首次成功地通過激光誘導(dǎo)的抗斯托克斯熒光在固體材料上獲得了可測量的制冷量。

       1999年，低溫物理學(xué)家E.用摻雜藍(lán)寶石激光器激發(fā)GaAs/GaAl半導(dǎo)體量子井材料的空穴激子，實現(xiàn)空穴激子的反斯托克斯熒光發(fā)射。給出了不同溫度下制冷效率與制冷溫度的關(guān)系。

       2010年，科學(xué)家利用激光將分子冷凍到接近絕對零度，這是單分子激光制冷首次達(dá)到如此低溫，這是制造量子計算機、控制物質(zhì)化學(xué)和物理過程的一大進步。

       隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，激光冷卻開始獲得許多應(yīng)用，例如原子刻蝕、原子光學(xué)、高分辨率、原子鐘、光鑷等基礎(chǔ)研究。該技術(shù)還可用于金屬焊接和人體手術(shù)，相信在未來，這項技術(shù)會得到更廣泛的應(yīng)用。

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