原子激光

激光冷卻和捕獲原子——原子激光

玻色—愛因斯坦凝聚(簡稱BEC)是近年來物理學(包括量子光學)領域內的一個前沿性熱點研究課題。BEC是指宏觀數量的玻色粒子處於相同的量子態，條件是要求系統的溫度必須低於某一臨界溫度。在該理論提出之初，由於要求溫度達到10-6K量級的低溫，所以在理論提出的初期BEC幾乎被認為在實驗上無法實現。

激光冷卻與捕獲技術的迅速發展，使得實現BEC所要求的極低溫條件得以滿足。結果到了1995年，人們終於在實驗上獲得了BEC這種物質的新態。美國斯坦福大學的S．Chu教授(中國科學院外籍院士)、法蘭西學院和巴黎高等師範學院的C．C．Tannoudji教授以及美國國家標準技術局的W．D．Phillips博士這3位科學家也因此獲得了1997年度的諾貝爾物理學獎。

應該指出，激光冷卻與捕獲技術的發明與創新，開創了原子分子物理和光子與物質原子相互作用問題研究的新紀元。目前，人們已經能夠利用一定的技術手段將處於BEC態中的冷卻原子一個一個地取出來，並在空間形成相干原子束，相干原子束中的每個原子就如同激光束中的光子，故將其稱之為原子激光。

原子激光並非激光，而是與激光的行為十分相似的一種類激光相干原子束。隨著原子激光的出現，人們將能夠產生原子激光的器件稱為原子激光器。最近，中國物理學會名詞審定委員會已將原子激光正式訂名為“原子波激射”；與之相應，原子激光器可以稱為“原子波激射器”。

在我國，中國科學院院士王育竹教授也曾在激光冷卻氣體原子的理論與實驗研究方面做了大量的、卓有成效的研究工作。目前，我國能夠實現原子的激光冷卻與捕獲的單位主要有4家，這就是中科院上海光機所、北京大學、山西大學和中國科技大學。

預計，該項技術將在提高基本物理常數測量精度、提高原子鐘的精度、納米技術以及原子製版技術和原子光學等領域獲得深入而又廣泛的應用。