拉ひしげ曼冷却れいきゃく

拉ひしげ曼冷却れいきゃく（英語えいご：Raman cooling）是これ原子げんし物理ぶつり学がく中ちゅう一いち种激光こう冷却れいきゃく手段しゅだん，它可以将原子げんし冷却れいきゃく到いた低てい于多た普ふ勒冷却れいきゃく极限的てき温度おんど。由よし于光子こうし带给原子げんし的てき反はん冲动能のう，多た普ふ勒冷却れいきゃく只ただ能のう将はた原子げんし冷却れいきゃく到いた几百微开量级，如Rb原子げんし的てき多た普ふ勒温度おんど为140微ほろ开。 拉ひしげ曼冷却れいきゃく可か以在单独的てき光学こうがく粘ねば团或ある在ざい叠加了りょう光ひかり晶あきら格かく的てき光学こうがく粘ねば团中进行，分ふん别称为自由じゆう空そら间拉曼冷却れいきゃく和わ拉ひしげ曼边带冷却れいきゃく。两种技わざ术都利用りよう了りょう原子げんし对激光こう的てき拉ひしげ曼散射しゃ 。

双そう光子こうし拉ひしげ曼过程ほど

两个基もと态之间的拉ひしげ曼双光子こうし过程，通つう过一个与真实激发态略微红失谐的虚能级相联系

原子げんし的てき两个超ちょう精せい细能级之これ间的跃迁可か以由两束不同ふどう波は长的激げき光こう触さわ发：一束光把原子激发到虚能级激发态(比ひ如激光こう的てき频率比ひ真ま实的跃迁频率低ひく)，第だい二束光使原子退激发到另一个超精细能级。而这两束光こう的てき频率差さ正せい好こう是ぜ两个超ちょう精せい细能级的能のう级差。

这个过程的てき图示如上じょじょう。双そう光子こうし拉ひしげ曼过程ほど在ざい两个超ちょう精せい细能级$|g_{1}\rangle$和わ$|g_{2}\rangle$之これ间发生せい，中ちゅう间能级，也就是ぜ虚きょ能のう级在图中用よう虚きょ线表示ひょうじ，虚きょ能のう级较之の真ま实激发态能のう级$|e\rangle$有ゆう一个红失谐。两束激げき光こう的てき频率差さ$f_{2}-f_{1}$正せい好こう与あずか$|g_{1}\rangle$和わ$|g_{2}\rangle$的てき能のう量りょう差さ匹ひき配はい。

自由じゆう空そら间拉曼冷却れいきゃく

在ざい自由じゆう空そら间拉曼冷却れいきゃく的てき实验配置はいち中ちゅう，需要じゅよう向こう预先被ひ冷却れいきゃく到いた几十微开尔文的原子团打一系列激光脉冲，使つかい它们经历类似上じょう节所述じゅつ的てき拉ひしげ曼双光子こうし过程。空そら间位置いち上じょう两束激げき光こう相しょう对着打だ向こう原子げんし团。除じょ了りょう$f_{2}$现在要よう调成略りゃく微ほろ红失谐外（失しつ谐为$\Delta$），两束激げき光こう频率配置はいち与あずか上うわ节完全かんぜん相しょう同どう。这样配置はいち后きさき，由ゆかり于多た普ふ勒频移うつり，向こう着ちゃく激げき光こう2的てき源げん运动得とく足あし够快的てき原子げんし可か以正好和よしかず激げき光こう共振きょうしん，被ひ激げき发到$|g_{2}\rangle$态，并且由よし于吸收きゅうしゅう了りょう一いち个光子こうし，动量守恒もりつね使し得とく此原子げんし速度そくど减小。

如果将はた两束激げき光こう的てき传播方向ほうこう对换，那な么向另一个方向飞行的原子会被激发，然しか后きさき速度そくど减小。所以ゆえん通どおり过规律りつ地ち改あらため变激光こう的てき传播方向ほうこう，以及调节失しつ谐$\Delta$，就可以设法ほう使し得とく所有しょゆう初はつ速度そくど满足$|v|>v_{max}$ 的てき原子げんし处在$|g_{2}\rangle$态，同どう时所有しょゆう速度そくど满足$|v|<v_{max}$的てき原子げんし仍旧处于$|g_{1}\rangle$态。这时打だ开一いち束たば新しん的てき光ひかり，频率调节至いたり恰好かっこう能のう激げき发$|g_{2}\rangle$态到$|e\rangle$态的跃迁，这束光こう通どおり过称为光ひかり抽运的てき过程将はた原はら先さき处在$|g_{2}\rangle$态抽运到$|g_{1}\rangle$态，由ゆかり于自じ发辐射しゃ的てき随ずい机つくえ性せい，末まつ态时原子げんし的てき速度そくど变化是ぜ随ずい机つくえ的てき，这样就有一部分原子最终的速度会小于$v_{max}$，达到冷却れいきゃく的てき目的もくてき。

多た次つぎ重じゅう复这个过程ほど（原はら论文中重なかしげ复了8次じ，详情见参考さんこう文献ぶんけん），原子げんし团的温度おんど可か以达到いた低てい于1μみゅーK的てき水平すいへい。

拉ひしげ曼边带冷却れいきゃく

拉ひしげ曼边带冷却れいきゃく

这种冷却れいきゃく机つくえ制せい针对的てき是ぜ已やめ被かむ磁光阱束たば缚的原子げんし。首くび先さき启用一いち个光ひかり晶あきら格かく，将はた相当そうとう一部分原子束缚在光晶格中。如果光こう晶あきら格かく的てき激げき光こう足あし够强，它的每ごと个格点てん就可以近似きんじ看み作さく一いち个谐振子ふりこ势阱。一般いっぱん而言，原子げんし并不处在谐振子ふりこ的てき运动基もと态，而是处于某ぼう个激发态。拉ひしげ曼边带冷却れいきゃく的てき目的もくてき就是将はた每まい个格点てん上じょう的てき原子げんし冷却れいきゃく到いた运动基もと态。

我わが们考虑一个二能级的原子，它的基もと态的量子りょうし数すう为$F=1$，对应磁量子りょうし数すう为三さん重じゅう简并的てき$m=-1,0,1$。由よし于塞ふさが曼效应，加か上じょう磁场后きさき原子げんし基もと态的三重简并被消除了。塞ふさが曼能级劈裂きれ与あずか外そと加か磁场强度きょうど成なり正せい比ひ，因いん此调节磁场强度きょうど，使つかい塞ふさが曼能级劈裂きれ与あずか谐振子ふりこ能のう级差恰好かっこう相等そうとう。

通つう过拉曼双光子こうし过程，一个原子可以跃迁到磁量子数与振动能级都减小1的てき态（如图中ちゅう红线所しょ示しめせ）。这之后きさき，处在运动基もと态但磁量子りょうし数すう$m\neq 1$的てき原子げんし会かい被ひ光ひかり抽运到いた$m=1$的てき态（$\sigma _{+}$光ひかり与あずか$\pi$光ひかり的てき作用さよう）。因よし为原子げんし的てき温度おんど和わ泵浦光こう频率相しょう比ひ足あし够低，所以ゆえん原子はらこ有ゆう极大可能かのう不ふ会かい在ざい光ひかり抽运过程中ちゅう改あらため变它的てき振ふ动能级。这样，最さい终原子げんし被ひ制せい备到振ふ动能级更低ひく的てき态，也即原子げんし被ひ进一いち步ほ冷却れいきゃく了りょう。

为了在ざい重じゅう复上述じょうじゅつ步ふ骤时能のう始はじめ终保持ほじ高だか效こう，需要じゅよう小しょう心地ごこち调节激げき光こう的てき参さん数すう，也就是ぜ激げき光こう的てき功こう率りつ与あずか打だ激げき光こう的てき时机。总体而言，对应不同ふどう的てき振ふ动态有ゆう不同ふどう的てき参さん数すう，因いん为振动能级由原子げんし与あずか激げき光こう的てき耦合强度きょうど（拉ひしげ比ひ频率）决定。跃迁时光子こうし的てき反はん冲也是ぜ一个困难之处，但ただし这个困难可以通过兰姆迪すすむ克かつ机つくえ制せい避免。这个机つくえ制せい说，如果光こう晶あきら格かく的てき激げき光こう强度きょうど非常ひじょう强きょう，势阱中ちゅう的てき原子げんし就几乎不会かい因いん为自发辐射い放出ほうしゅつ光子こうし而改变其动量。穆きよし斯堡尔效应中なか也有やゆう类似情じょう况。

这种冷却れいきゃく机つくえ制せい可か以只用よう光学こうがく手段しゅだん将はた相当そうとう高密度こうみつど的てき原子げんし冷却れいきゃく到いた一个很低的温度。最近さいきん的てき实验表明ひょうめい甚至可か以使用しよう拉ひしげ曼边带冷却れいきゃく来らい获得玻色爱因斯坦凝聚ぎょうしゅう。比ひ如，这个获得铯原子げんし的てき玻色爱因斯坦凝聚ぎょうしゅう的てき实验 就将拉ひしげ曼边带冷却れいきゃく作さく为它的てき第一步だいいっぽ。