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“原子激光器”初次登台亮相

1998-02-16 来源:光明日报 苏州大学物理系 张橙华 我有话说

据1997年3月号的美国《当代物理》杂志(PhysicsToday)报道,麻省理工学院的W·凯特勒(WolfgangKetterle)与他的同事出示了“原子激光器”。物理学界与新闻界都对此很感兴趣。

所谓“原子激光”是指具有相干性的原子云。凯特勒通过蒸发冷却法使处于磁性原子阱中的钠原子云极度降温,使之成为玻色—爱因斯坦凝聚滴(Bose-EinsteinCondensate,略语BEC)。他们用射频电磁波把钠汽中的高速原子驱走,留在阱内的是极低速的原子,它们都处在基态,呈现出长程有序,用一个波函数即可描述所有的钠原子,即这些原子组成高度简并的BEC。然后用激光聚焦在BEC的中央,把它分成两滴,大约各含500万个钠原子。改变维持原子阱的电磁脉冲的频率或振幅,两滴BEC不再受禁锢,随即自由下落。它们边落边扩展,互相重迭,在背景光的照明下呈现原子云干涉条纹。这与光学中杨氏双缝实验很相像。“原子激光”的干涉条纹是其德布罗意波波长λd的一半,在凯特勒的实验中,λd约为30~40μm,比室温λd(0.04nm)大6个数量级。BEC的λd=h/mV,h为普朗光常数,m为原子质量,V为原子的侧向扩展速度。

与光学激光器相对照,“原子激光器”的原子阱相当于谐振腔,超冷钠原子云相当于工作物质兼输出光束。不过BEC一经形成,其中原子数目不会再增加,不像光学激光器中有受激辐射作用,可使光子数量大量增加。而且“原子激光”必须容纳于高度真空环境中,因此目前还没有“原子激光”的工业应用。而在基础研究中,“原子激光”可用于基本常数的精确测量、原子钟实验与超流动性研究等。“原子激光”中原子通量密度远超过普通原子束,二者的差别就像激光与电灯泡那样不同。因此,将来或许可用“原子激光”来试验原子刻蚀技术。(本组文章结束)

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