激光冷却

冷原子冷却方法
冷原子冷却方法
1. 激光冷却
•原理：通过激光的光压效应使原子速度降低，从而实现冷却。

•方法：
–莫尔斯盒子陷阱：利用激光束在莫尔斯势能阱中将原子限制在一定空间范围内，然后通过拉曼冷却方法让原子失去
能量。

–莫特冷却：利用光子散射效应，通过激光冷却束将原子束限制在空间细胞中，原子因与激光的相互作用而慢慢失去
动能，最终冷却到极低温度。

–光泵浦：利用衰减过程中的辐射阻尼和光力阻尼，将原子束中的高能态原子转移到低能态，从而实现冷却。

2. 磁场冷却
•原理：通过磁场对原子的束缚力和耦合能力，将原子束限制在小空间内，然后通过对磁场形态改变的控制，使得原子失去速度。

•方法：
–准激光退偏振冷却：利用磁偶极子之间的相互作用，通过退偏振辐射阻尼使原子束获得冷却。

–亚声速冷却：在磁场梯度中，原子在能量与捕获复杂标度的磁子陷阱中被限制，然后通过排斥态与磁场梯度之间的
耦合进行冷却。

–Zeeman速度抽收冷却：通过与外磁场耦合的弛豫机制冷却原子束。

3. 电子冷却
•原理：通过电子束与冷却原子相互作用，转移原子速度和能量，实现冷却。

•方法：
–缓冲气体冷却：利用电流和冷却原子束之间的相互作用，将电子速度转移到冷却原子上，从而冷却原子。

–无能损激发：通过激光和电子束的相互作用，实现冷却原子束。

以上是几种常见的冷原子冷却方法，每种方法都有不同的原理和适用范围。

冷原子冷却技术在物理学、光学、量子信息等领域中有广泛应用，在研究低温物质行为、量子计算等方面具有重要意义。

激光熔覆对冷却速率的影响
激光熔覆过程中，冷却速率受到多种因素的影响，包括激光功率、扫描速度、基材的导热性、熔覆层的搭接位置等。

1.激光功率和扫描速度：激光功率越高，熔覆层吸收的能量越
多，导致熔池温度升高，冷却速率降低。

同时，扫描速度越
快，单位时间内熔覆的区域越大，熔池温度下降更快，导致冷却速率增加。

因此，激光功率和扫描速度对冷却速率有相互影响的作用。

2.基材的导热性：基材的导热性好，能够将热量快速传递走，有
利于降低冷却速率。

因此，基材的导热性对冷却速率有一定影响。

3.熔覆层的搭接位置：熔覆层的搭接位置对冷却速率的影响比较
复杂。

一般来说，搭接位置的加热温度较低，导致该区域的冷却速率较低。

同时，搭接位置可能会出现重熔现象，这会影响到冷却速率的分布。

在激光熔覆过程中，控制合适的冷却速率是非常重要的。

过快的冷却速率可能会导致裂纹的产生和熔覆层组织的不均匀性。

过慢的冷却速率则可能导致稀释率增大，影响熔覆层的性能。

因此，在实际应用中，需要根据具体的熔覆材料、基材和工艺要求，选择合适的激光功率和扫描速度等参数，以获得最佳的熔覆效果。

以上内容仅供参考，如需获取更多信息，建议查阅激光熔覆技术相关学术文献或咨询该领域专家。

MCWL系列激光水冷却机用户使用说明书前言感谢您使用本公司的产品，请在使用前仔细阅读使用说明书，并妥善保管。

本使用说明书并非质量保证书，对印刷错误的更正，所述信息的修改，以及产品的改进，均由本公司随时做出解释，恕不预先通知，修改内容将编入再版使用说明书中。

目录警告提示 ................................................................................................................................. - 2 -1概述 ................................................................................................................................ - 6 -2使用条件......................................................................................................................... - 7 -2.1环境要求 .. (7)2.2介质要求 (7)2.2.1允许使用介质................................................................................................ - 7 -2.2.2禁止使用介质................................................................................................ - 7 -3型号说明......................................................................................................................... - 7 -4安装、调试..................................................................................................................... - 8 -4.1设备安装条件及要求 (8)4.2管路连接 (9)4.3电气连接 (9)4.4加水排气 (11)4.4.1加水.............................................................................................................. - 11 -4.4.2排气.............................................................................................................. - 11 -4.4.3特别提示...................................................................................................... - 11 -4.5试运转前检查 . (12)4.6电脑板设置与操作 (13)4.6.1面板特征及按键说明 .................................................................................. - 13 -4.6.2制冷机设置流程图（标准型号） .............................................................. - 14 -4.6.3操作.............................................................................................................. - 15 -5维护保养....................................................................................................................... - 15 -5.1每周巡检 (15)5.2每月巡检 (16)5.3每半年巡检 (17)5.4每年巡检 (17)6故障分析与排除........................................................................................................... - 18 -7运输要求....................................................................................................................... - 22 -8贮存要求....................................................................................................................... - 23 -8.1操作步骤 (23)8.2贮存 (23)9报废 .............................................................................................................................. - 23 -10其他 .......................................................................................................................... - 23 -10.1服务支持 (23)10.2其他事项 (24)10.3特别提示 (24)不能让设备淋水、浸水，否则可能会发生短路和触电的危险。

激光器水冷原理激光器是一种利用受激辐射原理产生高强度、高单色性的光束的装置。

在激光器的工作过程中，由于激光器的高功率输出，会产生大量的热量。

为了保证激光器的正常工作和寿命，需要对激光器进行冷却。

而水冷是目前广泛应用于激光器冷却的一种方式。

激光器水冷的原理主要包括激光器散热、水冷循环和温度控制三个方面。

激光器散热是指将激光器产生的热量散发到周围环境中，以保持激光器的温度在安全范围内。

激光器的散热通常通过散热片或散热器来实现。

激光器的散热片通常采用高导热材料制成，如铜、铝等。

散热器则是将激光器与外部环境隔离，通过空气对激光器进行散热。

水冷循环是指通过水冷系统将激光器的热量传导到水中，然后将热水排出，实现激光器的冷却。

水冷系统一般包括水槽、水泵、水管和散热器等组件。

水泵将冷却水抽入水槽，通过水管将冷却水输送到散热器中，散热器通过与激光器接触来吸收激光器的热量，然后将热水排出。

温度控制是指通过控制水冷系统的运行来控制激光器的温度。

一般来说，激光器的温度应控制在一定范围内，过高或过低都会影响激光器的正常工作。

温度控制可以通过传感器来实现，传感器可以测量激光器的温度，并将温度信号反馈给控制系统。

控制系统根据温度信号来控制水泵的运行，从而控制激光器的温度。

激光器水冷的优点在于冷却效果好、稳定性高、噪音低等。

相比于其他冷却方式，水冷可以更好地保持激光器的稳定性，防止激光器因过热而损坏。

此外，水冷还可以降低激光器的噪音，提高激光器的工作环境。

激光器水冷是一种常用的激光器冷却方式，通过散热、水冷循环和温度控制等步骤，可以有效地降低激光器的温度，保证激光器的正常工作和寿命。

激光器水冷具有冷却效果好、稳定性高、噪音低等优点，被广泛应用于各种激光器系统中。

随着科技的不断进步，激光器水冷技术也在不断发展，将为激光器的应用提供更好的保障。

激光退火原理
激光退火是一种常用的材料表面处理技术，它利用激光对材料表面进行局部加热，使其达到熔化温度以上的温度，然后在快速冷却的过程中形成超饱和固溶体或晶界粗化，并最终达到改善材料性能的目的。

激光退火的原理是利用激光束的高能量密度和局部集中性，使材料的表面被快速加热并冷却。

在激光束照射下，材料表面的温度瞬间升高，达到甚至超过熔点的高温，此时材料表面发生熔化或蒸发现象。

在激光束停止照射后，材料表面迅速冷却，形成了超饱和固溶体或晶界粗化的结构。

激光退火的特点是具有高能量密度和局部集中性，可以针对不同材料和不同加工需求进行优化设计。

同时，激光退火的加工速度快、精度高、质量稳定，可以有效提高材料的表面硬度、耐腐蚀性、磨损性等性能，具有广泛的应用前景。

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激光切割机冷水机的原理激光切割机是一种高精度、高效率的切割设备，在一定程度上减少了传统切割加工的工作难度。

激光切割机的工作过程中需要消耗大量的能量，如果没有冷却设备的话，激光器的工作温度会不断升高，导致激光切割机的运行效率和精度受到极大的影响，甚至会损坏激光器。

冷水机是激光切割机冷却设备中的一种，下面我们将重点介绍激光切割机冷水机的原理。

冷水机的作用冷水机是一种设备，它的作用是通过水的冷却来降低激光器的运行温度，保证激光器的稳定运行。

激光器的工作原理是通过将电能转化为激光能进行切割，而激光发生器中的冷却水可以将激光器中的热能带走，以便保持激光发生器在规定的温度范围内运行。

冷水机的原理冷水机的主要原理是通过循环水的方式将激光切割机中的热量带出去降低温度。

简单来说，就是将常温水加入到冷水机中，通过循环水管把水运输到激光切割机中进行冷却。

冷水机一般采用压缩机式制冷, 把低温制冷剂压缩成高温高压的气体后通过放热的方式将其冷却成低温的液体，并通过循环的方式把这些低温液体输送到激光器上，为激光器在工作过程中提供冷却。

冷水机的类型冷水机一般分为空冷式和水冷式两种类型。

空冷式冷水机空冷式冷水机是利用空气对制冷剂进行冷却，无需排放热量的水冷循环，从而省去了水冷式冷水机的水泵和水管。

水冷式冷水机水冷式冷水机是利用水对制冷剂进行冷却，并通过水泵循环输送水到激光器上的一种冷却设备。

相比空冷式，水冷式的性能更加稳定且散热更好，因此更加适合应用于激光切割机等需要长时间运行的设备上。

冷水机的选型选择冷水机时，需要根据激光切割机的功率和要求选定合适的型号。

一般来说，功率越大的激光切割机需要使用功率越大的冷水机。

同时，也需要根据激光切割机的使用环境选择空冷式或水冷式的冷水机。

除此之外，还需要参考冷水机的冷却量、制冷功率、噪音等参数, 确保其能够满足激光切割机的使用要求。

经过了上述的介绍，相信大家对于冷水机的原理和选择也有了更加深入的了解。

㊀㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023):106-120学术沙龙中国激光冷却原子史的新解读基于档案、手稿等新史料钱逸涛㊀杨㊀凯摘㊀要㊀激光冷却原子是20世纪70年代国际原子物理界出现的一个新兴研究领域㊂中国科学家王育竹率先认识到冷原子物理具有革命性的研究前景,提出利用光频移效应实现激光冷却气体原子等新机制,并在20世纪80年代开展了一系列具有开拓性的实验工作㊂根据中国科学院上海光学精密机械研究所的档案㊁王育竹科研手稿等原始资料等,试重新解读中国激光冷却原子史,王育竹研究团队较早观察到了低于多普勒极限的新物理现象,但在后续实验验证工作的系统性㊁新理论框架的搭建上尚与斯坦福大学等研究团队存在差距㊂诺贝尔奖是各类条件下的综合性产物,以诺奖作为唯一评判标准忽视了在中国情境下科学研究的特殊性,新的科学评价标准需建立在长时段㊁综合性体系之上㊂关键词㊀激光冷却原子㊀王育竹㊀中国科学院上海光学精密机械研究所中图分类号㊀N092ʒO4文献标识码㊀A收稿日期:2023-09-25作者简介:钱逸涛,1999年生,安徽枞阳人,江苏科技大学科学技术史硕士研究生,研究方向为近现代中国科技史;杨凯,1985年生,浙江湖州人,江苏科技大学科学技术史研究所副教授,研究方向为近现代科技史㊂基金项目: 王育竹院士学术成长资料采集工程项目 (项目编号:CJGC2022-K-Z-SH02)㊂一　引言1997年10月15日,瑞典皇家科学院宣布该年度的诺贝尔物理学奖授予美601国物理学家朱棣文(Steven Chu)㊁威廉㊃菲利普斯(William D.Phillips)以及法国的科恩-塔诺季(Claude Cohen-Tannoudji)教授,以表彰他们在发展用激光冷却和捕获原子方法方面所做出的杰出贡献㊂消息传至国内,国家自然科学基金委及很多国内科学家发现激光冷却原子研究领域早有中国学者王育竹踏足㊂有学者认为: 王育竹提出的激光冷却气体的物理思想与现在使用的机制是一致的㊂ [1]而王育竹的研究成果也早早发表在1980年‘科学通报“第9期及1981年的‘激光“第8期上,因此不少科学家甚至媒体发声认为 中国科学家错失诺贝尔物理学奖 中国学者距离诺贝尔奖仅咫尺之遥 [2]㊂王育竹是否真的曾接近诺贝尔物理学奖?笔者在搜集史料的过程中发现了两份来自诺贝尔奖委员会的来信(图1),信件内容显示王育竹被邀请为1997年度㊁1998年度诺贝尔物理学奖提交提案,并为自己选定的获奖发明或发现给出推荐理由,这表明诺奖委员会早已注意到了王育竹的研究成果,并对其研究工作给予了充分认可㊂关于这段早期中国激光冷却原子史研究尚留有诸多疑点,尤其是其中有几个核心问题:中国科学家王育竹关于激光冷却原子的研究在时间上是否具有优图1.诺贝尔奖物理学奖委员会的来信①701钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀①诺贝尔奖委员会来信,1997㊁1998年,具体月份不详,该信件原件由王育竹院士办公室提供㊂801㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023)先性?其研究在同期同类成果中处于什么位置?王育竹研究成果是否真正达到了国际领先水准?没有获得诺贝尔物理学奖是否意味着中国科学家此前的努力付诸流水?这些问题尚未能从前人研究成果中得到清晰完整的正面解答㊂关于中国激光冷却原子史,主要来自当事人的回忆性文章:王育竹记述了开展激光冷却原子初步阶段时期的动力㊁物理思想以及开展的实验结果[3],王义遒记述了其在北京大学开展利用与原子束逆向行进的激光束减速原子束研究的经历[4]㊂此外,陈崇斌等曾基于部分访谈资料和文献简述了中国激光冷却原子研究的发展史,并将其中的经验教训归结为缺乏关键的实验设备㊁科研资金不到位等因素[5]㊂本文拟根据对当事人的访谈资料㊁王育竹论文手稿㊁中国科学院上海光学精密机械研究所(以下简称上海光机所)所藏档案等新史料重新解读这段历史,并以此求教于学界同仁㊂二　国际国内同期同类成果的对比早在20世纪60年代就有苏联科学家提出可以利用激光驻波限制原子的活动范围,从而达到 捕获原子 的效果[6]㊂但完整提出利用激光辐射压力来冷却气体原子的机制则是来自斯坦福大学的肖洛(A.L.Schawlow)教授和德国物理学家汉斯(T.W.Hansch),在他们1975年发表的文章当中明确将激光冷却原子的过程称为 多普勒机制 ,并通过理论推导㊁数值估算将该机制对应的极限温度称为多普勒极限(大约为240μk)[7]㊂1984 1987年间斯坦福大学的朱棣文及其同事通过多次实验验证了多普勒冷却机制,并在此过程中进一步发展了构成了新的磁光陷阱(Magneto-tptical trap,以下简称 MOT )技术,MOT技术进一步提高了冷却原子的密度,延长了观察时间,为后续激光冷却原子的实验工作提供了重要的技术手段[8,9]㊂汉斯㊁肖洛提出的多普勒冷却机制从提出到成功验证跨越了近10年时间,在此期间激光冷却原子研究虽然在国际上产生了一些反响,但影响范围有限,在中国开展激光冷却气体原子研究的单位更不多见,主要有上海光机所的王育竹的团队和北京大学的王义遒研究团队等,其中王育竹最早认识到了激光冷却原子这种新技术具有广泛的应用前景,据王育竹回忆:1978年我们在工厂完成了航天科学技术所需的科研任务后,重新回到了研究所,开始了科研工作㊂我们已经离开研究工作七年了,搞什么研究课题呢?国际上发展现状如何?在图书馆我查到了1975年汉斯和肖洛发表在光通讯上的文章,他们提出激光冷却气体原子的建议 这篇文章对我产生了巨大的吸引力 我决心投入到 激光冷却气体原子 研究中去,因而决定了我后半生的科研道路㊂[10]传统原子钟的性能受限于原子的热运动速度,若能有效减缓热原子的运动速度就能大幅提高原子钟的稳定度和精确度,这对原子钟技术的改进将是革命性的㊂基于此,王育竹在1977年就提出了利用积分球红移漫反射激光冷却气体原子,在一份王育竹亲写的手稿当中记录了他当时提出该机制的理论思想和初步推算(图2),其基本物理思路是当原子进入球型腔后,球内的红移漫发射激光与原子发生共振,原子受到共振光压的作用会不断减慢速度,从而达到冷却效果㊂但是这种新机制的实验条件十分严苛,比如要求实验中的光学系统是一个对原子束轴向对称的系统,球形腔内各方向传播的光强度均等㊂因此相关实验直到1992年才完成,并证明了该机制属于多普勒机制的范畴㊂图2.王育竹关于激光冷却原子束方案讨论手稿[11]多普勒冷却机制在1975年被提出后虽然在国际上经各研究小组反复验证,但随着大量新实验研究结果出现,科学家发现所谓多普勒极限是可以被突破的㊂比如王育竹在1979年提出的利用交流斯塔克效应(光频移效应)激光冷却原子,正是一个不同于多普勒冷却的新机制[12]㊂除此之外,王义遒研究团队也于20世纪80年代率先提出利用激光减速原子束频标的新方法[13]㊂这说明中国科学家是901钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀在激光冷却原子研究领域尚不热门时就介入了该领域的研究中来,但对于前述核心问题如:国内研究成果同国外同类型研究成果相比到了哪一阶段?其物理思想落实到何种程度?发表时间上又是什么顺序?则需要进一步的梳理分析㊂笔者汇总了1975 1989年间国内外具有代表性的激光冷却原子领域学术成果(表1)㊂表1.1975—1989年间部分国内外激光冷却原子领域代表性学术成果表序号主要作者主要完成单位文章性质发表刊物发表时间1 A.Ashkin美国贝尔实验室实验结果Phys.Rev.Lett1970 2Haensch T等斯坦福大学理论构建mum19753 D.Wineland等美国国家标准与技术研究所理论构建Phys.Soc1978 4王育竹上海光机所提出假说科学通报1980 5王育竹上海光机所提出假说中国激光1981 6Steven Chu等斯坦福大学实验验证Phys.Rev.Lett19847W.D.Phillips等美国国家标准与技术研究所实验验证Progress in QuantumElectronics19848王义遒北京大学提出假说波谱学杂志1988 5Steven Chu等斯坦福大学实验验证mum1989 9Dalibard等巴黎高等师范学院理论构建J.opt.soc.am.b1989 1975 1985年间国外研究单位,特别是斯坦福大学物理系完成了科学研究中所必需的提出假设㊁形成理论㊁实验重复验证的闭环,其研究时间持续长,合作单位众多,包括位于美国新泽西州的贝尔实验室㊁巴黎高等师范学院等顶尖科研单位,激光冷却原子领域中重要技术名词如多普勒机制(The Doppler mechanism)㊁光学黏团(molasses)㊁MOT(Magneto-tptical trap)技术等名词都均是由斯坦福大学研究团队首次提出,并得到了学术共同体的广泛认可㊂再如美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,简称NIST)激光冷却和捕获研究小组1991年以前就在Physical Review Letters㊁Nature㊁Sci-ence等顶尖刊物的发文数量累计已超过25篇㊂中国科学家王育竹㊁王义遒等人关注激光冷却原子这一新兴领域的时间并不比国外晚,甚至提出一些基本物理思想的时间比国外还早近10年,但支撑他们投入激光冷却原子研究的单位只局限于上海光机所㊁北京大学等少数几个单位,国内激光冷却研究单位从论文数011㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023)量㊁论文发表的刊物级别㊁研究工作量来说和斯坦福大学等顶尖研究团队存在不小的差距㊂为进一步对比王育竹的激光冷却原子研究工作与国外同类成果,须将研究时段拉长,并且对研究内容及新物理现象的实验验证工作进行详细分析㊂三　提出突破多普勒极限的新机制1.理论设想一般认为王育竹提出的低于多普勒极限的新机制没有得到广泛关注有几个原因:(1)发表阵地,20世纪80年代的中国虽然已改革开放,但由于此前长期处于闭塞状态,导致中国科学家与国外学术界交流并不多,即使有一流的成果也难以被国际一流学者认可①,王育竹等人的早期成果又发表在中文期刊上,因此很难在国际学术界产生影响;(2)20世纪80年代国内对外学术交流渠道不通畅,获得顶尖专家的指导机会少[5]㊂不可否认这都是十分重要的客观因素,但将中国早期激光冷却研究工作没有获得足够影响力的原因完全归咎于以上两点,未免有以偏概全之嫌㊂因此笔者根据新发掘史料,对王育竹的早期激光冷却原子研究工作进行重新解读㊂1979年,正逢诺贝尔物理学奖得主肖洛(A.schawlow)访问上海光机所,访问期间王育竹向肖洛介绍了他关于激光冷却的物理思想,并将相关论文寄给肖洛审阅㊂肖洛归国后阅读了王育竹关于 利用交流斯坦克效应(光频移效应)激光冷却气体原子 一文后,他给王育竹写信说道: 这个思想是新的㊁合理的,表达是直接清晰的,建议迅速发表 ,来信原文如下:Dear Professor Wang :I must apologize for being so slow in answering your letter of February 12.Things have been very busy here and ,even now ,I have not been able to find the time to give your fascinating paper the careful study it deserves.The idea is novel and seems quite reasonable.The presentation seems clear and direct ,and as far as I can tell ,it would be appropriate to publish the paper in 111钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀①笔者认为学界里流传的 1980年代中国学者缺少在国际一流学术刊物发表论文的机会 这一说法并不准确,该说法仅限于部分新兴研究领域,并不能推而广之㊂研究开启的时间早晚与后续研究工作的实际进展并无强关联关系,因此不能说是中国学者缺少在国际一流学术期刊发表论文的机会,而可能是还未到发表在国际一流学术刊物的时机㊂the form that you sent me.However,it would be nice if there were some quantita-tive estimates of possible laser powers and the corresponding cooline achiwvable. For instance,when we were preparing our paper,it appeared that available con-tinuous-wave lasers would produce only a little cooling unless a very large volume could be illuminated.Otherwise the atoms,moving at about100km per second, would move out of the illuminated regionbefore appreciable cooling would be a-chieved,But,even if you do not make any additions,I hope that your article will soon te submitted and publish.①来信中肖洛教授也指出现有研究存在的问题 对激光功率及其所对应可以实现的冷却效果缺乏定量化的研究,若原子以100km/s的速度逃出激光照射区域,将无法达到理想的冷却效果㊂此外,据王育竹回忆: 在1980年的国际激光会议上海分会场上,一位国外科学家也不认同交流斯塔克机制,认为在电容器中的原子,加上电压会使原子能级移动,无法冷却原子㊂ [14]虽然这个说法后面被证实有误,但从侧面反映1979年王育竹提出的新机制尚需要实验进一步验证,王育竹本人对此也有回应:(1)这两篇东西(指的是积分球冷却方案和交流斯塔克效应冷却方案)是在十三年前(1977年)开始搞激光冷却时写的东西㊂一篇在1979年成都光频标方案论证会上报告过,一篇未发表㊂由于当时尚无激光冷却方面的理论文章,所以我的两篇文章中没有系统的分析㊂(2)文章中提出了三种冷却方式的基本物理机制,即 利用积分球激光冷却原子束 非球面聚焦镜激光冷却 和 利用序列重复脉冲冷却原子束 它正是世界当前所谓的 Diffusion light cooling 和 White Light cooling 希望大家 把这两个基本思想做深入㊁做系统,做出有中国特色的冷却工作㊂②这证明王育竹在1979年提出的激光冷却新机制并非未被当时国际顶尖科学家注意,而其成果未能引起足够影响的原因可能在于其研究尚处于起步阶段,相关猜想或假设未经严谨的理论推导和数值估算,有效的实验验证工作也未能及时组织起来㊂作为一名严谨的实验物理学家,王育竹很清楚现有研究存在的不足,于是完成激光冷却原子方面的验证实验成为下一步研究工作中的重中之重㊂211㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023)①②王育竹与肖洛教授的通信往来,1980年3月20日,存于中国科学院上海光机所王育竹办公室㊂王育竹科研说明手稿,1991年8月16日,存于中国科学院上海光机所王育竹办公室㊂2.实验验证1979年,王育竹赴日本东京大学短期交流,在东京大学分子光谱实验室,他与清水富士夫教授合作开展了多光束偏转钠原子束实验,实验方案如图3所示:通过特定实验装置使得激光入射方向垂直于原子束飞行方向,当激光频率与原子跃迁频率共振时,可以观察到偏转原子束的荧光在空间跳动,这显示了光压力的作用[3]㊂该实验结果证明了辐射光压用于激光冷却气体原子的可行性㊂%%图3.多光束偏转原子实验方案图图片来源:‘物理“2011年第7期第424页时隔多年,王育竹对在日本短暂的访问之旅仍记忆犹新,他回忆道: 这个实验结果(指在东京大学开展的多光束偏转原子实验)使我十分振奋㊂它证明了激光气体原子技术的可行性,这是世界上最早用激光观察到的光压力作用的实验结果之一! ①王育竹于1984年与同事在上海光机所组建成中国第一个激光冷却气体实验室(后改名中国科学院量子光学开放实验室),改进了传统原子束装置中探测束流强度的方法㊂利用照相机和一维二极管列阵组成一维荧光探测器,记录了原子束荧光的空间分布,获得了信噪比最佳的实验结果㊂还利用激光偏转原子束的方法第一次测量了热原子束的速度分布,从某种意义来说该项研究是1979年在东京大学实验工作的进一步延续和改进[15]㊂1987年,王育竹团队进行了钠原子束一维激光冷却实验,率先观察到了低于多普勒冷却极限的物理现象,与美国国家标准局(United States National Bureau 311钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀①王育竹‘我的科研自述“,2012年2月,内部资料㊂of Standards,简称NBS)研究小组①成为了世界上最早观察到此现象的两个小组之一㊂其实验方案是使钠原子束垂直通过一维偏振激光驻波场,沿驻波场轴线进入直流磁场,用一维CCD照相机探测原子束荧光空间分布②㊂当调谐激光频率对原子共振的失谐量时,观察到了激光对原子束横向一线冷却和加热现象㊂在论文中王育竹总结了其研究工作:(1)该项研究是利用迟滞偶极力对原子束进行的一维准直实验研究;(2)获得了原子横向速度从50cm/s降低到15cm/s的结果,这相当于有效横向温度从350降低到33μk;(3)原子束的良好准直可以通过具有较大正偏谐的强驻波场来实现;(4)从原理上来说,使用一对垂直驻波场对原子束进行二维准直并不困难㊂[16]对于已取得的实验结果,王育竹最先投稿到‘物理评论快报“上,但评审专家认为文章理论与实验结果不符,因为当时国际上仅有两能级原子的冷却理论,但它不能解释低于多普勒冷却极限温度的实验结果㊂王育竹自述曾想利用 交流斯塔克效应激光冷却气体原子 来解释实验结果,但最终由于信心不足而放弃㊂而在此时美国标准与技术局㊁斯坦福大学研究团队也早早注意到该现象,在朱棣文1989年发表的论文中就明确提出两能级原子的能级的冷却理论并不适用钠㊁钙等原子,在他的研究当中综合使用了计算机程序模拟㊁数值求解㊁实验等多重方法和证据证明了低于多普勒极限现象的存在,从论文结论来看,王育竹等虽然观察到了反常物理现象的存在,但论文最终落点在对实验方法的改进和实验结果的观察上,没有对冷却温度过低这一反常实验结果继续探究,更遑论突破原有理论框架;而朱棣文等人成功的关键在于大胆否定了原多普勒理论中的两个假设(即原子的两能级性质和光场具有纯极化状态的假设),通过大量精确实验的测量,以及多种理论分析手段,发展出了一套与最终实验结果相适应的理论体系,这是完成亚多普勒冷却体系(Sub-Doppler)中的关键一步[17 19]㊂411㊀‘科学文化评论“第20卷第5期(2023)①②1988年8月,美国国家标准局(NBS)更名为美国国家标准与技术研究院(National Institute of Stand-ards and Technology,简称 NIST )㊂CCD即Charge coupled Device,中文全称 电荷耦合元件,是一种半导体器件,能够把光学影像转化为数字信号㊂四　站在国际学术舞台上在激光冷却气体原子的研究过程中,王育竹及上海光机所的研究工作受到了不少国际同行的关注,他多次代表上海光机所在国际激光光谱会议㊁国际量子电子会议(IQEC)(图4)①㊁国际量子学与激光科学会议(QELS)作学术报告,他被推选担任国际激光光谱会议指导委员会成员㊁1992年国际量子电子学会议(EQEC)的共主席,国际第十三次原子物理会议顾问(图4)②㊁国际物理联盟(IUPUP)量子电子专业委员会成员㊁德国马普学量子光学国际顾问委员会成员等多个重要学术职务㊂1999年他还成功当选了瑞典皇家工程科学院外籍院士和国际理论物理中心高级合作成员㊂图4.部分王育竹参与国际学术交流材料图1989 1990年间,王育竹受李政道先生邀请成为新成立的中国高等科学技术中心(CCAST)特别委员,他利用CCAST 的优越实验条件开展研究并获得中心的经费资助㊂但在1989年7月24日,王育竹收到到来自李政道先生的来信,来511钱逸涛㊀杨㊀凯㊀中国激光冷却原子史的新解读㊀①②IQEC 邀请函,1994年5月10日,原件由王育竹院士办公室提供㊂王育竹当选国际原子物理会议顾问书面通知书,1994年3月17日,原件由王育竹院士办公室提供㊂信称: 中心因受意大利政府对中国政府的制裁影响,所有新批示资金全被冻结㊂ ①因此王育竹预想开展的激光冷却实验也就只能作罢㊂对于王育竹与国外科学家的交往情况,现任中国科学院量子光学重点实验室主任刘亮表示: 在我与王先生(指王育竹)的长期交往当中发现王先生的工作得到了国外科学家的普遍尊敬,比如提出交流斯塔克效应的新机制就得到了国外同行的普遍认可,在同国外科学家特别是美国㊁法国㊁德国科学家的学术对话中,王先生能够十分自如㊁从容地介绍自己的工作,他们之间的交流基本都是平等愉快的㊂ ②1994年7月4日王育竹参加了澳大利亚举办的第六届亚太物理会议,参加会议的主要国家和地区包括美国㊁日本㊁新加坡㊁韩国,中国台湾地区㊁中国香港等,大会提交了600多篇论文,各类分会场口头报告达400多场,其中王育竹受邀在大会上作题为 原子光学中的激光冷却和准直原子束 的主题报告,参会学者中还有不少介绍了本国(或地区)量子光学研究发展情况㊂在这一次与国外量子光学领域学者的直接对话中,王育竹深深感受到了亚太地区与美国㊁法国等量子光学领域强国的差距,据王育竹回忆: 亚太地区在量子光学和原子光学的研究水平远不及美国㊁法国,但亚太地区从事中国领域研究的人在增多,研究工作涉及的面很广,其中日本㊁澳大利亚㊁中国的水平较高㊂ ③会议结束后王育竹还访问了澳大利亚昆士兰大学㊁澳大利亚国立大学㊁堪培拉大学等几所大学的物理系㊁信息科学系,并同澳大利亚的几位著名物理学家建立了友好联系㊂结束访问后,王育竹在归国报告中写到: 我国在量子光学和原子光学的研究早已开展,但进展缓慢㊂量子光学研究多为理论计算和理论分析,而这些理论工作都远离实际工作,也远离国际的发展前沿 激光控制原子运动的研究仅在上海光机所和北京大学进行㊂上海光机所已工作十年,在激光偏转原子束㊁亚泊松光子统计验证㊁原子束一维冷却做出了一些有意义的工作 而不能进行三维冷却工作㊂ ④这也从侧面证实了正是在高水平的国际学术交流中,王育竹认识到了20世纪80 90年代间中国激光冷却原子研究工作遇到的瓶颈 很多研究工作只能停留在理论计算㊁分析上,而理论推导㊁计算又与实验工作严①②③④原文为 as you may know,CCAST-World Laboratory funding originates from the Italian Government.Since the end of last month,economic sanctions have been imposed by Italy against China.As a result,the funds for all new CCAST appointments have been frozen ㊂魏荣研究员访谈刘亮研究员,2023年4月14日,上海光机所㊂王育竹参加第六届亚太物理会议纪要,1994年8月20日,内部资料㊂王育竹访问澳大利亚几所大学报告,1994年8月20日,内部资料㊂。

激光冷水机工作原理
激光冷水机是一种利用激光技术和制冷原理来实现冷却的设备。

其工作原理如下：
1. 发光原理：激光器在工作时会产生大量的热量。

激光作用于材料表面时，其能量会转化为材料的热量，导致温度升高。

2. 声光调制（AOM）：激光器的输出光束会经过声光调制器
进行调制。

声光调制器的作用是通过声音波的作用使光束的强度发生变化，从而控制激光的输出。

3. 冷却循环：冷却循环是整个激光冷水机的核心部分。

它包括一个制冷循环和一个冷却循环。

制冷循环使用制冷剂来吸收激光器产生的热量，并将其传递给冷却循环。

冷却循环则通过水冷却器将热量散发到环境中。

4. 温控系统：激光冷水机通常还配备一个温控系统，用于监测和调节激光器的温度。

当温度超过设定的范围时，温控系统会自动启动冷却循环，以保持激光器在适宜的工作温度范围内。

总的来说，激光冷水机通过制冷循环和冷却循环的配合，实现对激光器产生的热量进行散热，以保证激光器正常工作。

·1997年诺贝尔物理学奖——激光冷却和陷俘原子朱棣文科恩－塔诺季菲利普斯1997年诺贝尔物理学奖授予美国加州斯坦福大学的朱棣文（Stephen Chu，1948—），法国巴黎的法兰西学院和高等师范学院的科恩－塔诺季（Claude Cohen －Tannoudji，1933—）和美国国家标准技术院的菲利普斯（William D.Phillips，1948—），以表彰他们在发展用激光冷却和陷俘原子的方法方面所作的贡献。

激光冷却和陷俘原子的研究，是当代物理学的热门课题，十几年来成果不断涌现，前景激动人心，形成了分子和原子物理学的一个重要突破口。

操纵和控制单个原子一直是物理学家追求的目标。

固体和液体中的原子处于密集状态之中，分子和原子相互间靠得很近，联系难以隔绝，气体分子或原子则不断地在作无规乱运动，即使在室温下空气中的原子分子的速率也达到几百m/s。

在这种快速运动的状态下，即使有仪器能直接进行观察，它们也会很快地就从视场中消失，因此难以对它们进行研究。

降低其温度，可以使它们的速率减小；但是问题在于：气体一经冷却，它就会先凝聚为液体，再冻结成固体。

如果是在真空中冷冻，其密度就可以保持足够地低，避免凝聚和冻结。

但即使低到－270℃，还会有速率达到几十m/s的分子原子，因为分子原子的速率是按一定的规律分布的。

接近绝对零度（－273℃以下）时，速率才会大为降低。

当温度低到10-6K，即1微开（μK）时，自由氢原子预计将以低于25cm/s的速率运动。

可是怎样才能达到这样低的温度呢？朱棣文、科恩－塔诺季、菲利普斯以及其他许多物理学家开发了用激光把气体冷却到微开温度范围的各种方法，并且把冷却了的原子悬浮或拘捕在不同类型的“原子陷阱”中。

在这里面，个别原子可以以极高的精确度得到研究，从而确定它们的内部结构。

当在同一体积中陷俘越来越多的原子时，就组成了稀薄气体，可以详细研究其特性。

这几位诺贝尔奖获得者所创造的这些新研究方法，为扩大我们对辐射和物质之间相互作用的知识作出了重要贡献。

激光冷却及玻色爱因斯坦凝聚作者：苟维来源：《科学导报》2015年第85期依据微观粒子统计性质的不同，物理学家们把微观粒子划分为两类：费米子和玻色子。

费米子服从费米-狄拉克统计，玻色子则服从玻色-爱因斯坦统计。

对于费米子来说，两个粒子不能同时占据在同一状态，这就是有名的“泡利不相容”原理；对于玻色子来说，则可以允许两个甚至更多个粒子处于同一状态。

但是人们并不能分清楚到底是哪个微观粒子坐在这个位置上。

这个就是一般统计物理里面说的“全同的量子粒子不可分辨”。

1924年，印度物理学家玻色最先提出了一种对光子的统计方法。

1925年，爱因斯坦将玻色的理论推广到有质量的原子体系中，预言了一种新的物质状态的存在。

根据预言，在极低的温度下，由服从玻色-爱因斯坦统计的原子构成的气体可能会发生神奇的转变，处于最低的能量状态上的原子数目会随着温度的降低逐渐增大，直到几乎所有的原子都处于这一个能量状态上，而整体呈现出一个量子状态。

这种状态后来被称为“玻色-爱因斯坦凝聚”，是很多实验物理学家致力实现的预言。

实现原子系统的玻色爱因斯坦凝聚的关键技术是激光冷却，它是20世纪80年代中期后发展起来的。

大家都知道，温度是与微观粒子的无规热运动速度成正相关，而激光冷却原子，就是通过降低原子的运动速度，来实现冷却。

我们将激光的波长选择在原子谱线波长略微比中心位置长一些的一侧，那么由于多普勒效应，向着激光运动的原子感受到的波长会显得短一些，因此作用强烈；而背离激光运动的原子感受到的波长会更长一些，因此作用很弱。

这样，如果在前后左右上下六个方向都有一束激光的话，就可以把原子的速度降低下来。

通过这种方法，可以将原子气体的温度降低到绝对零度之上大约千分之一摄氏度。

然而，要实现玻色爱因斯坦凝聚，这还不够，还需要进一步蒸发冷却。

蒸发冷却的原理大家都很熟悉：一杯开水放在桌子上，水里面速度较快的水分子会冲出水面，散发到空气中去，从而带走了较多的能量，剩下的水分子平均能量因此降低。