激光冷卻

這一技術早期的主要目的是為了精確測量各種原子參數，用於高分辨率激光光譜和超高精度的量子頻標(原子鐘)，後來成為實現原子玻色-愛因斯坦凝聚的關鍵實驗方法。雖然早在20世紀初人們就注意到光對原子有輻射壓力作用，只是在激光器發明之後，才發展了利用光壓改變原子速度的技術。激光冷卻有許多應用，如：原子光學、原子刻蝕、原子鐘、光學晶格、光鑷子、玻色-愛因斯坦凝聚、原子激光、高分辨率光譜以及光和物質的相互作用的基礎研究等等。但冷卻和捕捉中性原子比捕捉離子更困難。

人們發現，當原子在頻率略低於原子躍遷能級差且相向傳播的一對激光束中運動時，由於多普勒效應，原子傾向於吸收與原子運動方向相反的光子，而對與其相同方向行進的光子吸收幾率較小;吸收後的光子將各向同性地自發輻射。平均地看來，兩束激光的淨作用是產生一個與原子運動方向相反的阻尼力，從而使原子的運動減緩(即冷卻下來)。1985年美國國家標準與技術研究院的菲利浦斯(willam D.Phillips)和斯坦福大學的朱棣文(Steven Chu)首先實現了激光冷卻原子的實驗，並得到了極低温度(240 microKelvin)的鈉原子氣體。他們進一步用三維激光束形成磁光阱將原子囚禁在一個空間的小區域中加以冷卻，獲得了更低温度的"光學粘膠"。之後，許多激光冷卻的新方法不斷湧現，其中較著名的有"速度選擇相干布居囚禁"和"拉曼冷卻"，前者由法國巴黎高等師範學院的柯亨-達諾基(Claud Cohen-Tannodji)提出，後者由朱棣文提出，他們利用這種技術分別獲得了低於光子反衝極限的極低温度。此後，人們還發展了磁場和激光相結合的一系列冷卻技術，其中包括偏振梯度冷卻、磁感應冷卻等等。朱棣文、柯亨-達諾基和菲利浦斯三人也因此而獲得了1997年諾貝爾物理學獎。

大家都知道激光有亮度高的特點，利用這個特點可以在極短的時間內在極小的範圍內使被激光照射的物體接受到極高的能量。用這種技術可以進行金屬焊接和施行人體手術等。

1985年朱棣文等利用激光冷卻的方法獲得當時實驗室內達到的最低温度，即2.4x10^-4K，這已非常接近絕對零度了，但永遠達不到0 K，目前已經可以實現picoKelvin量級的冷卻。