通过碰撞再分布辐射实现激光冷却

光学辐射可以冷却物质这一总体想法早在1929年就由Pringsheim提出。多普勒冷却稀薄原子气体是该概念的一个极其成功的应用，而最近在多能级系统中探索了反斯托克斯冷却，最终实现了固体的光学制冷。碰撞再分布辐射是一种提出的不同冷却机制，涉及原子二能级系统，尽管在中等密度气体中的实验研究迄今尚未达到冷却区间。在这里，我们实验演示了基于碰撞再分布辐射的原子气体激光冷却，使用了处于230巴氩气缓冲气体压力下的铷原子。超稠密气体中的频繁碰撞瞬态地将一个远红失谐激光束移入共振，而自发衰变发生在接近未受扰动的原子共振频率处。在每个激发周期中，从稠密原子样品中提取出量级为热能k_B T的动能。在一个热非隔离样品的原理验证实验中，我们实验演示了相对冷却66 K。冷却气体的密度比多普勒冷却实验中的典型值高出10个数量级以上，冷却功率达到87 mW。所展示效应的未来前景包括研究超越均匀成核温度的过冷以及光学冷却器。