拉曼冷却

在原子物理学中，拉曼冷却是一种亚反冲冷却技术，它允许使用光学方法将原子冷却到多普勒冷却限制以下，多普勒冷却受到给予原子的光子反冲能量的限制。 该方案可以在简单的光学糖蜜或光学晶格叠加的糖蜜中进行，分别称为自由空间拉曼冷却和拉曼边带冷却。 这两种技术都利用原子对激光的拉曼散射。

原子的两个超精细态之间的跃迁可以由两束激光束触发：xxx束将原子激发到虚激发态（例如，因为它的频率低于实际跃迁频率），第二束去激发 原子到另一个超精细水平。 两束光的频率差正好等于两个超精细能级之间的跃迁频率。 由于寿命长的能级之间拉曼跃迁的线宽极窄，拉曼跃迁有利于冷却，并且为了利用窄线宽，必须非常精确地控制两个激光束之间的频率差异。

此过程的图示显示在双光子拉曼过程的示例示意图中。 它使两个级别之间的过渡成为可能 | g 1 ⟩ {\displaystyle |g_{1}\rangle } 和 | g 2 ⟩ {\displaystyle |g_{2}\rangle } 。 中间的虚拟水平由虚线表示，并且相对于真正的激发水平是红色失谐的，| e ⟩ {\displaystyle |e\rangle } 。 这里的频率差 f 2 − f 1 {\displaystyle f_{2}-f_{1}} 与 | 之间的能量差完全匹配。 g 1 ⟩ {\displaystyle |g_{1}\rangle } 和 | g 2 ⟩ {\displaystyle |g_{2}\rangle } 。

在这个方案中，预冷的原子云（其温度为几十微开尔文）经历了一系列类似拉曼过程的脉冲。 光束是反向传播的，它们的频率与上面描述的一样，除了频率 f 2 {\displaystyle f_{2}} 现在稍微红失谐（失谐 Δ {\displaystyle \Delta } ) 相对于其正常值。 因此，由于多普勒效应，原子以足够的速度朝激光器 2 的源移动将与拉曼脉冲共振。 他们会兴奋的| g 2 ⟩ {\displaystyle |g_{2}\rangle } 状态，并获得动量踢，降低其速度模量。

如果两个激光的传播方向互换，那么沿相反方向运动的原子将被激发并获得动量反冲，这将降低它们的速度模量。

通过多次重复此过程（原始论文中为八次，请参阅参考资料），云的温度可以降低到微开尔文以下。

拉曼边带冷却是一种在周期性势能的振动基态下制备原子并将其冷却到反冲极限以下的方法。 它可以在光学偶极子陷阱内实现，与蒸发冷却相比，可以实现更少的捕获原子损失的冷却，可以作为中间阶段冷却来实现，以提高蒸发冷却的效率和速度，并且通常非常不敏感 激光冷却在高密度下低温的传统局限性。 它已成功应用于冷却离子，以及铯、钾和锂等原子。

拉曼边带冷却的主要方法是利用双光子拉曼过程连接相差一个谐振子能量的 m , n {\displaystyle m,n} 能级。 由于原子不处于基态，它们将被困在谐振子的激发能级之一。