20世紀(jì)70年代列托霍夫(V.S.Letokhov)以及其他蘇聯(lián)物理學(xué)家和美國(guó)荷爾德爾(Holmdel)貝爾實(shí)驗(yàn)室阿斯金(A.Ashkin)。小組的物理學(xué)家在理論上和實(shí)驗(yàn)上對(duì)光子與中性原子的相互作用進(jìn)行了重要的早期工作。其中有一項(xiàng)是他們建議用聚焦激光束使原子束彎折和聚焦,從而達(dá)到陷俘原子的目的。他們的工作導(dǎo)致了“光學(xué)鑷子”的發(fā)展,光學(xué)鑷子可用于操縱活細(xì)胞和其它微小物體。
漢胥(T.W.Hānsch)和肖洛(A.L.Schawlow)1975年首先建議用相向傳播的激光束使中性原子冷卻。與此同時(shí),外蘭德(D.J.Wineland)和德默爾特(H.G.Dehmelt)對(duì)于離子陷阱中的離子也提出過(guò)類似的建議。漢斯和肖洛的方法是:把激光束調(diào)諧到略低于原子的諧振躍遷頻率,利用多普勒原理就可使中性原子冷卻。
2.激光為什么能使原子減速?
光可以看成是一束粒子流,這種粒子就叫光子。光子一般來(lái)說(shuō)是沒(méi)有質(zhì)量的。但是具有一定的動(dòng)量。光子撞到原子上可以把它的動(dòng)量轉(zhuǎn)移給那個(gè)原子。這種情況要發(fā)生,必須是光子有恰好的能量,或者可以這樣說(shuō),光必須有恰好的頻率或顏色。這是因?yàn)楣庾拥哪芰空扔诠獾念l率,而光的頻率又決定光的顏色。因此組成紅光的光子比起組成藍(lán)光的光子能量要低些。是什么決定光子應(yīng)有多大能量才能對(duì)原子起作用呢?是原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(能級(jí))。原子處于一定的能級(jí)狀態(tài),能級(jí)的躍遷就是原子吸收和發(fā)射光子的過(guò)程。原子的能級(jí)是一定的,它吸收和發(fā)射光子的頻率也是一定的。如果正在行進(jìn)中的原子被迎面而來(lái)的激光照射,只要激光的頻率和原子的固有頻率一致,就會(huì)引起原子的躍遷,原子會(huì)吸收迎面而來(lái)的光子而減小動(dòng)量。與此同時(shí),原子又會(huì)因躍遷而發(fā)射同樣的光子,不過(guò)它發(fā)射的光子是朝著四面八方的,因此,實(shí)際效果是原子的動(dòng)量每碰撞一次就減小一點(diǎn),直至最低值。動(dòng)量和速度成正比,動(dòng)量越小,速度也越小。因此所謂激光冷卻,實(shí)際上就是在激光的作用下使原子減速。