激光光谱领域的诺贝尔奖课件.ppt

1、激光光谱领域的诺贝尔奖激光光谱领域的诺贝尔奖得主及其贡献得主及其贡献Nobel Laureates Referred to Laser Spectroscopy and Their Contributions 激光光谱研究室激光光谱研究室武寄洲武寄洲 贾锁堂贾锁堂激光光谱研究室激光光谱研究室The two faces of light What is light actually?Is it a surging,colourful wave movement or is it a rushing stream ofparticles?Most of us would like it to be

2、 one or the other,but nature is more ingenious-light is in fact both waves and particles.Max Planck:October 19,1900vInterpolation formula for thermal radiation distribution a brilliant success vModel:Ensemble of 1-dimensional charged harmonic oscillators exchanging energy with radiation field reache

3、d“correct”equilibrium distribution only if oscillator energy states were discretenEnhv=December 14,1900:3381exp1hkThddcnnp nrnn骣=-桫He noted in later studies -Momentum of Quantum(1909)-New Derivation of Plancks law(1916)A=Spontaneous radiation probability B=Induced radiation rateAlbert Einstein:1905F

4、ound two suggestions that light is quantizedv-Structure of Plancks entropy for high frequenciesv-The photoelectric effect 2EhEhhpnnnnkcc Compton effect:1923 Completed picture of particle-like behavior of quanta-soon known as photons(1926)Wave-particle duality extended to matter With every matter par

5、ticle of mass M and velocity v is associated a wave with a wavelength given by:Louis de Broglie 1924dBdBhMv The state of a matter particle is described by a wave function obeying the Schrdinger equation L.de Broglie,W.Heisenberg,E.Schrdinger:1924-26 -told all about atoms But radiation theory was sti

6、ll semi-classical until P.Dirac devised Quantum Electrodynamics in 1927Elementary interaction processesbetween atoms and photonsSpontaneous emission of a photon Radiative lifetime of e,on the order of 10-8sAn atom does not remain indefinitely in the excited state e.After a finite time ,it falls back

7、 to the ground state g by spontaneously emitting a photon in all possible directions.RA photon with energy impinging on an atom in the excited state e stimulates thisatom to emit a photon exactly identical to the impinging photon(same energy,same direction of propagation,same phase,same polarization

8、)Stimulated emission of a photon(Einstein 1917)i.e.CoherenceThe distinction between Stimulated emission and Spontaneous emissionefhE EThe Nobel Prize in Physics1964 MIT Cambridge,Massachusetts,USA P.N.Lebedev Physical Institute Moscow,USSR P.N.Lebedev Physical Institute Moscow,USSR for fundamental w

9、ork in the field of quantum electronics,which has led to the construction of oscillators andamplifiers based on the maser-laser principle.MIT Cambridge,Massachusetts,USA Professor Charles Hard Townes是激光(laser light)的发明者.1915年7月28日,汤斯生于美国南科罗拉多州的Greenville 1935年,他获富尔曼大(Furman University)以最高荣誉颁授的物理学学士及

10、现代语言文学士两个学位 1936及1939年获杜克大学(Duke University)颁授物理学硕士及加州理工学院(California Institute of Technology)颁授哲学博士学位.汤斯教授曾于1933至1947年间在贝尔实验室(Bell Lab)工作.翌年,他转到哥伦比亚大学(Columbia University)当教授.1951年,汤斯正式开展有关激光的研究工作.该年,汤斯教授的研究小组着手设计一种以氨气作为放大媒质的仪器;并于1954年成功研制成第一台微波激射放大器,称为Maser(Microwave Amplification by Simulated Emi

11、ssion of Radiation).1958年,汤斯教授和肖洛博士(Arthur.L.Schawlow)在理论上证明Maser在可见光和红外线的范围亦可运作,并共同发表论文论述可见光和红外线激射放大器,亦即Laser(Light Amplification by Simulated Emission of Radiation).汤斯教授现在于加州大学柏克莱分校从事多方面的研究,其中包括应用干涉技术来进行中红外波段的高角解像度天文学,身兼美国太空总处载人飞行科学及技术顾问会的主席及美国物理学会的副会长,同时亦是多个学术组织的会员.P.N.Lebedev Physical Institute

12、Moscow,USSR 巴索夫（Basov，Nikolay Gennadiyevich，1922）前苏联物理学家，因对量子电子学的研究，导致微波激射器和激光器的发展，与普罗霍罗夫和美国的汤斯共获1964年诺贝尔物理学奖金。他生于前苏联的沃罗涅日，毕业于莫斯科工程物理学院，获前苏联科学院列别捷夫物理研究所博士学位。从1950年起一直在前苏联科学院列别捷夫物理研究所工作。1954年他与普罗霍罗夫合作，制出一台氨分子束量子振荡器 他提出建立不平衡量子系统的三能级方法，这种方法可放大激发辐射。这个方法立即被广泛应用于无线电光波段的量子振荡器和放大器上。这些器件分别产生单色、平行、相干的微波束和光束。1

13、958年，巴索夫又提出利用半导体制造激光器的可能性，后来在19601965年间，实现了p-n结、电子束和光泵激发各种类型的激光器。1968年，巴索夫还利用大功率激光器产生了热核反应。P.N.Lebedev Physical Institute Moscow,USSR 普罗霍罗夫(Prokhorov Aleksandr Mikhaylovich,1916)澳大利亚-前苏联物理学家，因对量子电子学的基本研究导致微波激射器和激光器的发展，获1964年诺贝尔物理学奖金。他生于澳大利亚阿特顿，毕业于列宁格勒大学，获莫斯科列别捷夫物理研究所博士学位，并任该所高级研究员。1953年和巴索夫共同提出放大并发射

14、同相位、同波长的平行电磁波的微波激射器原理，并制成小巧的红宝石激光器，它发出的一束明亮的红色光，其纯净、单色性、相干性和高强度都十分理想。Thermodynamic equilibriumIn an ensemble of atoms in equilibrium,a lower lever E1is always more populated than an upper level E2.Amplification of lightPopulation inversionNon equilibrium situation where an upper level E2 is more pop

15、ulated than a lower level E1.If a light beam with frequency passes through a medium where populations are inverted,the new photons which appear by induced emission are in a greater number than the photons which disappear by absorption.After passing through an aperture and a magnetic field,many of th

16、e atoms in the beam are left in the upper energy level of the lasing transition.From this state,the atoms can decay to the lower state and emit some microwave radiation.First,a beam of atomic hydrogen is produced.This is done by submitting the gas at low pressure to an RF dischargestate selection”in

17、 order to get some stimulated emission,it is necessary to create a population inversion of the atoms.This is done in a way that is very similar to the famous Stern-Gerlach experiment.A high quality factor microwave cavity confines the microwaves and reinjects them repeatedly into the atom beam.The s

18、timulated emission amplifies the microwaves on each pass through the beam.This combination of amplification and feedback is what defines all oscillators.Some common types of masersvAtomic beam masers Ammonia maser Hydrogen maser vGas masers Rubidium maserCesium maser vSolid State masers Ruby maser M

19、asers serve as high precision frequency references.These atomic frequency standards are one form of atomic clock.They are also used as electronic amplifiers in radio telescopes.Amplifying atomic medium put between two mirrorsNew light sources:lasersLight can make several round trips between the 2 mi

20、rrors and be amplified several times.“Laser”source with completely new characteristics as compared to usual thermal light sources(intensity,directivity,coherence,monochromaticity)If the cavity is“tuned”,and if the gain is larger than the losses,one gets an“oscillator”for light.Harvard University Cam

21、bridge,MA,USA Stanford University Stanford,CA,USA Uppsala University Uppsala,Sweden The Nobel Prize in Physics 1981for their contribution to the development of laser spectroscopy for his contribution to the development of high-resolution electron spectroscopy 布洛姆伯根是非线性光学理论的奠基人。他和他的同事在以下三个布洛姆伯根是非线性光学

22、理论的奠基人。他和他的同事在以下三个方面为非线性光学奠定了理论基础：方面为非线性光学奠定了理论基础：一、物质对光波场的非线性响应及一、物质对光波场的非线性响应及其描述方法；其描述方法；二、光波之间以及光波与物质激发之间相互作用的理论；二、光波之间以及光波与物质激发之间相互作用的理论；三、光通过界面时的非线性反射和折射的理论。三、光通过界面时的非线性反射和折射的理论。他把各种非线性光学效应应用于原子、分子和固体光谱学的研究，他把各种非线性光学效应应用于原子、分子和固体光谱学的研究，逐渐形成了激光光谱学的一个新研究领域，即非线性光学的光谱学。在逐渐形成了激光光谱学的一个新研究领域，即非线性光学的光

23、谱学。在非线性光学的研究中，他建立了许多非线性光学的光谱学方法。其中，非线性光学的研究中，他建立了许多非线性光学的光谱学方法。其中，最重要的是最重要的是“四波混频四波混频”法，利用三束相干光的相互作用在另一方向上法，利用三束相干光的相互作用在另一方向上产生第四束光，从而得到无法从其它渠道得到的红外和紫外波段的激光。产生第四束光，从而得到无法从其它渠道得到的红外和紫外波段的激光。利用这一方法，可以高精度地确定原子、分子和固体的能级结构。利用这一方法，可以高精度地确定原子、分子和固体的能级结构。此外，他提出了一个能够描述液体、半导体和金属等物质的许多非此外，他提出了一个能够描述液体、半导体和金属等

24、物质的许多非线性光学现象的一般理论框架。布洛姆伯根对非线性光学的发展以及对线性光学现象的一般理论框架。布洛姆伯根对非线性光学的发展以及对一系列非线性效应的发现，大大地扩展了激光波长的范围，使适用于光一系列非线性效应的发现，大大地扩展了激光波长的范围，使适用于光谱学研究的激光波段从紫外区、可见光区一直覆盖到近、远红外区。谱学研究的激光波段从紫外区、可见光区一直覆盖到近、远红外区。Harvard University Cambridge,MA,USA 布洛姆伯根布洛姆伯根1920年年3月月11日出日出生于荷兰。曾经在生于荷兰。曾经在Dutch大学大学学习，后来在莱顿大学获得博学习，后来在莱顿大学获

25、得博士学位。士学位。1946年到美国，成为年到美国，成为美国公民，美国公民，1949年任哈佛大学年任哈佛大学高级研究员，后任正式教授。高级研究员，后任正式教授。肖洛是研究微波激射器和激光器的先驱之一。20世纪50年代中期，肖洛与汤斯共同研究微波激射问题。当汤斯提出受激辐射放大原理时，当汤斯提出受激辐射放大原理时，肖洛第一个提出运用没有侧壁的开肖洛第一个提出运用没有侧壁的开放式法布里放式法布里-珀罗腔作振荡器的设想。珀罗腔作振荡器的设想。1960年，他和汤斯研制出第一台激光器。从此，激光成为探测原子和分子特性的有效工具。20世纪70年代以后，他和他所领导的科研小组又致力于激光激光光谱学光谱学的研

26、究，利用非线性光学现象，首先创造出饱和吸收光谱饱和吸收光谱、双光子光谱双光子光谱等方法等方法，为发展高分辨率激光光谱方法做出了卓越的贡献。1978年，肖洛还用他自己发明的偏振光谱法研究氢原子光谱，精确测得物理学基本常数里德堡常数为109737.3140.00032厘米-1。当激光频率接近被测谱线时，由于泵浦光的饱和作用，吸收系数将发生变化。调谐入射光束频率扫过被测跃迁频率时，光电检测器便测量出穿过样品池后调制的探测光强的变化，这样饱和吸收光谱就把那些对光束无多普勒频移的原子挑选出来，其光谱是无多普勒增宽的。经锁相放大器处理，输出无多普勒加宽的信号。饱和吸收光谱饱和吸收光谱 当泵浦光束和原子作用

27、时，由于光束非常强，使原子的吸收能力饱和，即把能够吸收光子的原子激发到激发态，从而不能更多地吸收其它光子，即引起了原子布居数变化，因此探测光束在被样品吸收时也感受了调制的作用。从20年代开始，科学家们就试图运用爱因斯坦的光电子理论，通过对光电子的研究来获取物质内部的信息。然而，由于仪器分辨率一直不高，多年来没有重大进展。20世纪50年代中期，西格班和他的同事们将研究射线能谱的双聚焦能谱仪用于分析X射线光电子的能量分布，发明了具有高分辨率的光电子能谱仪。他们研究了电子、光子和其他粒子轰击原子后发射出来的电子，并系统地测量了各种化学元素的电子结合能。后来，他们又发展了用于化学分析的电子能谱学，开创

28、了一种新的分析方法，即所谓的X射线光电子能谱学或化学分析电子能谱学。X射线光电子能谱学是化学上研究电子结构、高分子结构和链结构的有力工具。西格班开创的光电子能谱学为探测物质结构提供了非常精确的方法。Uppsala University Uppsala,Sweden The Nobel Prize in Physics 1989 Harvard University Cambridge,MA,USA University of Washington Seattle,WA,USA University of Bonn Bonn,Federal Republic of Germany for the

29、 invention of the separated oscillatory fields method and its use in the hydrogen maser and other atomic clocks for the development of the ion trap technique 作为这一方法作为这一方法的创始人和推动上的创始人和推动上述研究的带头人，述研究的带头人，德默尔特的贡献值德默尔特的贡献值得倍加推崇。得倍加推崇。德默尔特1922年9月9日出生于德国的哥利兹(Gorlitz).1940年中学毕业后,应召入伍.1943年-1944年出于军事需要,被送往布

30、雷斯劳(Breslau)工业大学学习物理,后来又回到部队参加迫击炮团.1945年初被美军俘虏.次年释放后进(Universitt Gttingen)学习.1948年及1950年分别获学士学位和博士学位.1950年-1952年做博士后.1955年到美国,1956年成为西雅图华盛顿大学的助理教授,1961年升正教授,1978年当选为美国科学院士.德默尔特早在1949年就因受到核磁共振发现的激励,发现了核四极共振.1958年开始研究用电磁场形成的陷阱把电子或其它带电粒子存储在隔绝状态的实验方法.1984年,德梅尔特小组利用他设计的离子陷阱实验装置测量电子g因子精确到了十三位数字.用陷阱的方法研究微观

31、粒子的特性具有重大的科学价值.过去做的许多实验,都无法排除电子之间和电子与外界之间的相互作用,因此人们对电子的知识都是统计性的.离子陷阱实验方法离子陷阱实验方法第一次突破这一局限,把电子和其它粒子单个存储在特定的区域里，长期与外界隔绝，这就为人们进一步探索微观粒子的基本性质提供了崭新的手段，也为探索微观粒子的特性开辟了一条新途径.Paul1913年8月10日出生于德国萨克森州(Lorenzkirch).父亲曾是慕尼黑大学药物化学教授,所以他小时候在慕尼黑受过良好教育.他接受他父亲好友索末菲的建议,先当了精密机械工艺的学徒.1932年秋,进入慕尼黑工业大学,两年后转到柏林工业大学学习.1937年

32、保罗转到基尔(Kiel)大学读博士学位.论文题目选的是从超精细光谱测定钡的核矩.1951年Paul设计了由六个磁极构成的聚焦磁场,可以使中性分子聚集,对分子束研究极为有用.后来他又设计了一种射频四极电场,能够把带电粒子囚禁在电场中,这一电场就相当于一个捕捉粒子的陷阱.这项工作成为以后带电粒子存储技术的先驱.Harvard University Cambridge,MA,USA 1915年年8月月27日出生于美国日出生于美国华盛顿特区华盛顿特区.1935年哥伦比亚大年哥伦比亚大学毕业学毕业.随后到英国剑桥大学卡随后到英国剑桥大学卡文迪许实验室学习文迪许实验室学习,后回到哥伦后回到哥伦比亚大学跟随

33、拉比做博士论文比亚大学跟随拉比做博士论文.1942年哥伦比亚大学任教年哥伦比亚大学任教,1947年以后一直在哈佛大学任教年以后一直在哈佛大学任教.在导师拉比（在导师拉比（I.I.Rabi）的指导下）的指导下,拉姆齐拉姆齐1940年第一个对分子的旋年第一个对分子的旋转磁矩进行了精确测量转磁矩进行了精确测量,并首次观测到这类磁矩随核的质量变化的关并首次观测到这类磁矩随核的质量变化的关系系.第二次世界大战期间第二次世界大战期间,拉姆齐领导了拉姆齐领导了3cm波长雷达的试制小组波长雷达的试制小组,并并于于1943年参加过曼哈顿计划年参加过曼哈顿计划.战后回到哥伦比亚大学战后回到哥伦比亚大学,在拉比的领

34、导在拉比的领导下恢复分子束实验室下恢复分子束实验室,积极筹备布鲁克海文国家实验室积极筹备布鲁克海文国家实验室,1946年拉姆年拉姆齐成为该实验室的物理部第一届主任齐成为该实验室的物理部第一届主任.在在1950年提出分离振荡场方法年提出分离振荡场方法,解决了原子钟设计里的关键问题解决了原子钟设计里的关键问题,创制了创制了铯原子钟铯原子钟.分离振荡场方法不但为铯原子钟的建立奠定了基础分离振荡场方法不但为铯原子钟的建立奠定了基础,还使他们有还使他们有可能测量许多不同分子的分子特性和磁特性，其中包括核自旋可能测量许多不同分子的分子特性和磁特性，其中包括核自旋,核磁矩和电核磁矩和电四极矩四极矩,分子旋转

35、磁矩分子旋转磁矩,自旋自旋-旋转相互作用旋转相互作用,分子中电子的分布等等分子中电子的分布等等.1960年年又提出并建造了原子氢微波激射器又提出并建造了原子氢微波激射器.也就是氢原子钟也就是氢原子钟,使计时的不确定度下使计时的不确定度下降到降到110-12.http:/www.apscenttalks.org/pres_masterpage.cfm?nameID=173Various ClocksSundial,1st or 2nd century A.D.Water clock&Sandglass.Mechanical clock,1657.Watch 2002Quartz ClockAto

36、mic hydrogen maser clock,early 1960s.Atomic micro clockGrandfather ClockA passion for precision v1350 第一座机械钟出现于德国 v1656 荷兰天文学家、数学家惠更斯提出了单摆原理并制做了第一座自摆钟v1762 最好的机械表3天才差1秒v1928 沃伦.马里森(Bell Lab)利用石英晶体在电路中能够产生频率稳定震动的特性,制造出了第一座石英钟 1/10000 s日误差v1949 NIST使用氨分子作为磁振源制成了世界上首台原子钟 几千几万年相差1秒 v1952 NIST制成了第一台铯原子钟,

37、它被命名为NBS-1.v1975 NBS-6 30万年的时间中,不会快1秒,也不会慢1秒 v1999 NIST F-1 价值65万美元 2000万年内 不多不少一秒v2001 NIST最新制造的光学原子钟采用汞离子(即失去一个电子的汞原子).它的振荡频率比当今最准确的原子钟、每秒钟振荡90亿周的NIST-F1的高10万倍,准确1000倍 v2004 英国卫报报道英国卫报报道,英国国家物理实验英国国家物理实验室的科学家发明出世界上最精确光钟室的科学家发明出世界上最精确光钟.采用采用的是单锶离子的是单锶离子,其精度是美国汞光钟的三倍其精度是美国汞光钟的三倍,达达10亿年每秒亿年每秒Conventi

38、on clocks depend on mechanical oscillators:not steady-frequency driftAtomic radiation oscillates steadily:basis for high-prcision atomic clocksThe narrower the atomic resonance,the better the accuracy of the clockThe width of the atomic resonance is inversely proportional to the observation time TUl

39、tracold atoms move slowly and provide long observation timesQuartz oscillator whose frequency is maintained at the center0 of an atomic resonance原子钟利用能量状态经过选择的原子,在微波谐振腔中进行量子跃迁,从而获得相应能级间跃迁所发射或吸收的电磁波的固有频率,根据这种原理制成的钟.其任务,只是提供秒这个时间单位的精确计量.GPS:apply atomic clockfor signal synchronization 从从GPS卫星定位系统卫星定位系

40、统,到无线通讯和光纤数据传输技术到无线通讯和光纤数据传输技术,它们它们的背后的背后,都响着原子钟的都响着原子钟的“嘀哒嘀哒”声声.或许或许“最精确最精确”是个一出是个一出现就现就立刻成为过去时的概念立刻成为过去时的概念,或许它是一个永远都无法企及的将来时或许它是一个永远都无法企及的将来时,但无论如何但无论如何,在从精确到更精确的现在时中在从精确到更精确的现在时中,人类在进步人类在进步.Stanford University Stanford,CA,USA Collge de France;cole Normale SuprieureParis,France National Institute

41、 of Standards and Technology Gaithersburg,MD,USA The Nobel Prize in Physics 1997for development of methods to cool and trap atoms with laser light Why cold atoms?物理学是研究物质的基本结构与其运动规律及其相物理学是研究物质的基本结构与其运动规律及其相互作用的自然科学互作用的自然科学.要开展研究要开展研究,就要把研究对象拿在就要把研究对象拿在 手手,进行仔细地观察和测量进行仔细地观察和测量 ideals 在微观尺度上操纵原子分子使原子、

42、分子的运动在微观尺度上操纵原子分子使原子、分子的运动速度降至极小速度降至极小,使它们保持相对独立使它们保持相对独立,很少相互作很少相互作用用,长久以来是物理学家的一个梦想长久以来是物理学家的一个梦想.根据分子运动理论根据分子运动理论,在常温在常温下下,所有原子分子都在高速运所有原子分子都在高速运动着动着.以空气中的氢分子为例以空气中的氢分子为例,室温下均以室温下均以1100m/s的速率运的速率运动动,即使降温到即使降温到3K,它们仍在以它们仍在以110 m/s的速率运动的速率运动,这样高速这样高速的粒子如过眼烟云的粒子如过眼烟云,很难观察很难观察,对其测量也必然带来严重误差对其测量也必然带来严

43、重误差.在降温时在降温时,一般情况一般情况下原子气会凝结成液下原子气会凝结成液体和固体体和固体,这时原子间这时原子间有强烈的相互作用有强烈的相互作用,其其结构和基本性能都结构和基本性能都将发生显著变化将发生显著变化.激光冷却与捕陷原激光冷却与捕陷原子技术的发明使这一难子技术的发明使这一难题基本解决题基本解决troublessolutionR:Radiative lifetime of e,on the order of 10-8s On the average,the loss of momentum in the spontaneous emission process is equal t

44、o zero.Recoil of an atom absorbing a photon/hcuge/recMvhcu=Spontaneous emission of a photonMean velocity change v in a fluorescence cycle/recvvhMcdu=341422786.62104102.310/231.6710310hvm sMcud-创=创创take sodium as an example2826251010/10/10am sm sg-=811/10RWst-=Mean number of cycles per second:WMean a

45、cceleration of the atom=velocity change per second=velocity change per fluorescence cycle x number of cycles per second W=a(1/)recRvtvdHuge radiation pressure force!-to reduce the velocity spread around the mean value,i.e.to reduce the disordered motion of the atoms Cooling atomsThe forces exerted b

46、y laser beams on atoms allow one -to reduce their mean velocity Slowing down atoms less energy absorbed than reemitted decelerating force (cooling)two counterpropagating beams(same frequency;L 0)0 LFor L 0,Doppler effect tunes atoms to resonance with counterpropagating beams Lczsto 0force LT.W.Hansc

47、h and A.L.Schawlow,Cooling of gases by laser radiation,Opt.Commun.13,68-69(1975).Laser Doppler Coolingkk-|/k/kvz0forcesmall velocities:F -v coolingB(x)F(x)-x position-dependent force:m=+1m=1m=0L x=0 x-+IITrapping and cooling!Fvkra=-LIMIT 多普勒冷却理论是建立在二能级原子模型基础上的，但实际大多普勒冷却理论是建立在二能级原子模型基础上的，但实际大部分原子都存在多

48、个超精细能级以及部分原子都存在多个超精细能级以及zeeman能级其中的为能级其中的为过程远比二能级系复杂。过程远比二能级系复杂。主要考虑了光场的偏振、原子Zeeman能级间的光泵浦效应以及由交流Stark效应引起的光频移等因素亚多普勒冷却机制偏振梯度冷却磁感应冷却Raman跃迁冷却跃迁冷却速度选择相干布局俘获冷却单原子的俘获及操控 量子态操控 精确的能级结构 冷原子重要的科学意义与应用前景冷原子重要的科学意义与应用前景 冷原子最低温度可达到几个冷原子最低温度可达到几个nk,平均速度可达到几个平均速度可达到几个cm/s德布罗意波长约为德布罗意波长约为10-7m量级量级,相干长度很长相干长度很长,

49、能够宏观观测到相能够宏观观测到相干现象干现象.碱金属原子被大量冷却到最低能态上从而产生碱金属原子被大量冷却到最低能态上从而产生BEC时时,这这些最低能态原子会产生些最低能态原子会产生物质波干涉物质波干涉.可观测相干的物质波波长 原子间的碰撞是原子能级的宽度增宽的主要因素原子间的碰撞是原子能级的宽度增宽的主要因素.冷原子能冷原子能级宽度远小于热原子级宽度远小于热原子,具有更精确的原子能级结构和更窄的跃具有更精确的原子能级结构和更窄的跃迁光谱迁光谱,这对原子能级以及各种常数的精确测量具有重要意义这对原子能级以及各种常数的精确测量具有重要意义.冷原子由于运动速度很慢冷原子由于运动速度很慢,能级结构稳

50、定能级结构稳定,因此相比热原子因此相比热原子具有更为明确的量子态具有更为明确的量子态.更利于对它的量子态如外层电子自旋更利于对它的量子态如外层电子自旋,原子磁矩等等进行控制原子磁矩等等进行控制.同时冷原子量子态的变化可以同时冷原子量子态的变化可以反过来反过来控制光信号控制光信号,完成信息处理过程完成信息处理过程.利用激光俘获需要的原子利用激光俘获需要的原子,再用激光将其输送到需要的地再用激光将其输送到需要的地方方,组合成新的分子或凝聚态物质组合成新的分子或凝聚态物质.甚至可以利用甚至可以利用激光俘获大生激光俘获大生物分子物分子如如DNA等等,取代上面某些原子取代上面某些原子,从而改善动物或从而