激光打標的科學層面解釋

激光制冷中的一個很重要的技術(shù)就是多普勒冷卻技術(shù)，多普勒冷卻技術(shù)的原理就是通過激光發(fā)出光子來阻礙原子的熱運動，而這個阻礙過程則是通過減小原子的動量來實現(xiàn)的。

溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。眾所周知，我們周圍的一切分子和原子都在進行著永不停息的無規(guī)則的熱運動。而我們制冷的實質(zhì)就是降低這些分子或原子的總體上的熱運動的劇烈程度，光纖激光打標機。

1、激光制冷中的一個很重要的技術(shù)就是多普勒冷卻技術(shù)，多普勒冷卻技術(shù)的原理就是通過激光發(fā)出光子來阻礙原子的熱運動，而這個阻礙過程則是通過減小原子的動量來實現(xiàn)的。那么，激光究竟是如何來減小這些原子的動量呢?

首先，量子力學提出，原子只能吸收特定頻率的光子，從而改變其動量。多普勒效應指出，波在波源移向觀察者時頻率變高，而在波源遠離觀察者時頻率變低。當觀察者移動時也能得到同樣的結(jié)論。

同樣，對于原子也是如此，當原子的運動方向與光子運動相反時，則此光子的頻率將增大，而當原子運動方向于此光子運動方向相同時，則此光子頻率將減小。然后的話，另一個物理學原理就是光雖然沒有靜質(zhì)量，但其具有動量。那么綜合以上幾個個物理學特性，我們就能構(gòu)建出激光冷卻的簡單模型。

2、激光器的頻率在一定范圍內(nèi)是可調(diào)的，而把激光器的頻率調(diào)至略低于某原子的可以吸收的頻率時，就會有意想不到的結(jié)果。當用這樣一束光照射某一特定的原子時，就會發(fā)生這樣的情況。如果原子是向著激光束運動時，由于光的多普勒效應，則光子的頻率增加，而原來激光光子的頻率剛好是略小于原子的可吸收的頻率，則此時由于多普勒效應則剛好被原子吸收。

而這一吸收表現(xiàn)為動量改變。因為光子的運動方向與原子的運動方向相反，則在光子與原子碰撞之后，原子躍遷到激發(fā)態(tài)，并且動量減小，故動能也隨之減小。而對于其他運動方向的原子，則其對應的光子的頻率不會增加，所以不能吸收激光束中的光子，所以也不會有動量增加這一現(xiàn)象的發(fā)生，相對于動能來講也是一樣。

當我們用多束激光從不同角度來照射原子，則在不同運動方向上的原子的動量都會減小，從而動能減小。而由于在激光只減小原子的動量，所以在此過程持續(xù)一段時間后，大多數(shù)的原子的動量就會達到一個很低的水準，從而達到制冷的目的。

但此技術(shù)所應用的范圍大多是用于原子冷卻，而對于分子，這種方法很難將其冷卻到超低溫。但超冷分子比超冷原子的意義更大，因為其屬性更為復雜。目前，冷卻分子的方法是將超冷堿原子結(jié)合在一起，產(chǎn)生雙堿分子。不久之前，耶魯大學就曾經(jīng)將氟化鍶(SrF)冷卻到幾百微開。

另一種激光制冷也稱反斯托克斯熒光制冷，是正在發(fā)展的新概念的制冷方法其基本原理是反斯托克斯效應，利用散射與入射光子的能量差實現(xiàn)制冷。反斯托克斯效應是一種特殊的散射效應，其散射熒光光子波長比入射光子波長短。

因此，散射熒光光子能量高于入射光子能量，其過程可簡單理解為：用低能量激光光子激發(fā)發(fā)光介質(zhì)，發(fā)光介質(zhì)散射出高能量的光子，將發(fā)光介質(zhì)中的原有能量帶出介質(zhì)而制冷。與傳統(tǒng)制冷方式相比，激光起到了提供制冷動力的作用，而散射出的反斯托克斯熒光則是熱量載體。