Chlazení a chytání atomů lasery

Stále větší pozornost je věnována metodám laserového chlazení atomů na extrémně nízké teploty a jejich chytání do pastí. Díky těmto technikám získáváme nové informace o mechanismech působících na atomové a molekulární úrovni. Nacházejí uplatnění při výzkumu fundamentálních konstant, vytváření optických frekvenčních standardů (atomové hodiny), v kvantové informatice a atomové interferometrii.

Dopplerovské chlazení atomů

Při laserovém chlazení atomů se využívá tzv. Dopplerův jev. Je-li pohybující se atom v protisměru ozářen fotony, jejichž frekvence je trochu nižší než frekvence nutná k dosažení absorpce fotonu atomem v klidu, pohybující se atom ,,uvidí“ díky Dopplerově posuvu frekvenci potřebnou k absorpci fotonu.  Současně s energií je předána i hybnost fotonu a atom se tak zpomalí. Absorbovaná energie se po chvíli spontánním přechodem vyzáří do okolí v náhodném směru, díky čemuž dojde k dalšímu zpomalení atomu. Výsledkem neustále se opakující absorpce a emise fotonu je postupné snižování rychlosti atomu podél směru pohybu fotonů. Laserové chlazení atomů jde ruku v ruce s chytáním atomů do magneto-optické pasti. Pomocí nehomogenního magnetického pole lze ochlazené atomy ,,skladovat“  pro další použití.

Jednofrekvenční vláknové lasery pro chlazení atomů a optické pasti

K realizace procesu laserového chlazení se hodí částice, které mají jednoduchý a jasně definovaný energetický přechod (například. atomy alkalických kovů Na, Rb, Cs nebo ionty Ba+, Mg+). Při volbě vhodného laseru je třeba ohlídat především tyto tři parametry:

• Vysoká stabilita laseru
• Úzká šířka spektrální čáry
• Vysoký výkon

Jednofrekvenční vláknové lasery Koheras BOOSTIK dokáží splnit náročné požadavky kladené na koherentní světelné zdroje pro chlazení a chytání atomů. Díky výrobní technologii je navíc možné výstupní vlnovou délku u každého Koheras laseru nakonfigurovat s přesnosti na dvě desetiny nanometru. Možné spektrální rozsahy jsou uvedeny v následující přehledové tabulce.

Mezi typické příklady využití zachycených laserem zchlazených částic patří:

• atomové hodiny (optické frekvenční standardy)
• výzkum fundamentálních konstant
• kvantová informatika
• atomová interferometrie