लेजर शीतलन क्या है?
लेजर कूलिंग से तात्पर्य परमाणु और आणविक नमूनों को लगभग पूर्ण शून्य तापमान पर ठंडा करने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीकों की विविधता से है। लेज़र कूलिंग की तकनीक इस तथ्य पर आधारित है कि एक परमाणु (किसी भी धातु के नमूने का) अवशोषित होने पर अपनी गति (और ऊर्जा) को बदल देता है और फिर एक फोटॉन को फिर से उत्सर्जित करता है।
एक परमाणु या अणु समूह का थर्मोडायनामिक तापमान उनके संवेग या वेग में भिन्नता पर निर्भर करता है। जब कणों के वेग सजातीय होते हैं, तो उनका सामूहिक तापमान कम होता है। आणविक या परमाणु नमूनों पर लेजर शीतलन तकनीकों के संचालन के लिए इस थर्मोडायनामिक सिद्धांत को परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ जोड़ा जाता है।
लेज़र कूलिंग का सिद्धांत क्या है?
लेजर कूलिंग मुख्य रूप से इस तथ्य पर आधारित है कि एक परमाणु (किसी भी धातु के नमूने का) अवशोषित होने पर अपनी गति (और ऊर्जा) को बदल देता है और फिर एक फोटॉन को फिर से उत्सर्जित करता है। लेज़र कूलिंग के लिए, लेज़र की आवृत्ति को परमाणु संक्रमण द्वारा उत्सर्जित तरंग की आवृत्ति के नीचे ट्यून किया जाता है।
जब परमाणु लेजर बीम के पास पहुंचता है, तो डॉपलर प्रभाव के परिणामस्वरूप परमाणु के संबंध में प्रकाश की आवृत्ति बढ़ जाती है। इसलिए, लेजर बीम की ओर बढ़ने वाले परमाणुओं में एक फोटॉन को अवशोषित करने की संभावना बढ़ जाती है। विपरीत तब होता है जब परमाणु लेजर बीम से दूर चले जाते हैं।
डॉपलर प्रभाव क्या है?
डॉपलर प्रभाव या डॉपलर शिफ्ट वेव स्रोत के साथ घूम रहे पर्यवेक्षक के संबंध में एक लहर की आवृत्ति में परिवर्तन को संदर्भित करता है। जब स्रोत से तरंगें एक पर्यवेक्षक के पास आती हैं, तो प्रत्येक तरंग पिछली लहर की तुलना में थोड़ा कम समय लेती है। इसलिए, पर्यवेक्षक के पास आने वाली लगातार तरंग शिखा का समय कम हो जाता है। इसलिए, आवृत्ति बढ़ जाती है। इसके विपरीत, जब तरंग स्रोत पर्यवेक्षक से दूर जाता है, तो टाइमपेन बढ़ जाता है और आवृत्ति कम हो जाती है।
लेजर शीतलन के प्रकार क्या हैं?
लेजर शीतलन की विभिन्न तकनीकें हैं:
डॉपलर ठंडा:
डॉपलर ठंडा सबसे अधिक इस्तेमाल किया लेजर शीतलन तकनीक। डॉपलर कूलिंग में प्रकाश की आवृत्ति को थोड़ा नीचे ट्यूनिंग करना शामिल है इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण एक परमाणु में। जब परमाणु डॉपलर प्रभाव के कारण प्रकाश के स्रोत की ओर बढ़ते हैं तो परमाणु अधिक फोटोन को अवशोषित करते हैं क्योंकि प्रकाश कम आवृत्ति पर पहुंच जाता है। इसलिए, परमाणु अधिक फोटॉनों को बिखेरते हैं और हर बार फोटॉन की गति के बराबर गति खो देते हैं। गति में कमी के साथ, परमाणुओं की गतिज ऊर्जा कम हो जाती है, जिससे नमूने का समग्र तापमान डॉपलर शीतलन सीमा तक कम हो जाता है (जो लगभग 150 माइक्रोकेल्विन है)
शीतलक शीतल:
Sisyphus को ठंडा करने के रूप में भी जाना जाता है ध्रुवीकरण ढाल ठंडा. यह लेजर कूलिंग तकनीक का एक प्रकार है जिसमें एक परमाणु या अणु नमूने पर ऑर्थोगोनल ध्रुवीकरण वाले दो काउंटर-प्रोपेगेटिंग लेजर बीम की चमक शामिल होती है। दो हस्तक्षेप करने वाली लेजर किरणों के परिणामस्वरूप एक स्थायी तरंग उत्पन्न होती है। जैसे-जैसे परमाणु उच्च क्षमता की ओर खड़ी तरंग के साथ आगे बढ़ते हैं, उनकी गतिज ऊर्जा कम होने लगती है। अधिकतम क्षमता पर, ऑप्टिकल पंपिंग परमाणुओं को कम ऊर्जा वाली स्थिति में ले जाती है, जिससे प्राप्त संभावित ऊर्जा दूर हो जाती है। ऊर्जा की यह हानि डॉपलर शीतलन सीमा से नीचे परमाणुओं को ठंडा करने में योगदान करती है।
हलका साइडबैंड ठंडा:
रिजॉल्व्ड साइडबैंड कूलिंग लेजर कूलिंग तकनीकों का एक और प्रकार है जो डॉपलर कूलिंग सीमा के नीचे कसकर बंधे हुए आयनों और परमाणुओं को ठंडा करने में माहिर है। रिज़ॉल्व्ड साइडबैंड कूलिंग को आमतौर पर परमाणुओं को उनके प्रेरक में फंसाने के लिए डॉपलर कूलिंग के आवेदन के बाद आयोजित किया जाता है निम्नतम अवस्था। ठंडा परमाणु तब एक अच्छा क्वांटम मैकेनिकल हार्मोनिक ऑसिलेटर माना जाता है। इस तकनीक में, लेजर बीम की आवृत्ति को कम लाल साइडबैंड से ट्यूनिंग करके ठंडा किया जाता है।
रमन साइडबैंड ठंडा:
रमन साइडबैंड कूलिंग एक उप-कॉइल कूलिंग तकनीक को संदर्भित करता है जो ऑप्टिकल तरीकों का उपयोग करके डॉपलर शीतलन सीमा के नीचे परमाणुओं को ठंडा करता है। रमन शीतलन में, प्रक्रिया एक मैग्नेटो-ऑप्टिकल जाल में मौजूद परमाणुओं से शुरू होती है। यदि परमाणुओं की साइटें एक जाली जाल में परिवर्तित हो सकती हैं यदि ऑप्टिकल जाली के लेजर पर्याप्त शक्तिशाली हैं। हार्मोनिक ऑसिलेटर के एक स्तर पर परमाणुओं के फंसने की संभावना है। रमन साइडबैंड कूलिंग का मुख्य लक्ष्य जाली के परमाणुओं को हार्मोनिक क्षमता की जमीनी अवस्था में रखना है। यह कम तापमान पर परमाणुओं का उच्च घनत्व प्रदान करता है।
लेजर कूलिंग के उपयोग क्या हैं?
लेजर कूलिंग का उपयोग मुख्य रूप से प्रयोगात्मक उद्देश्यों के लिए किया जाता है। क्वांटम भौतिकी प्रयोगों में अल्ट्रैकोल्ड परमाणुओं की आवश्यकता होती है जो लेजर कूलिंग द्वारा उत्पन्न होते हैं। बोस-आइंस्टीन संघनन जैसे क्वांटम प्रभाव को पूर्ण शून्य तापमान के पास परमाणुओं की आवश्यकता होती है। इससे पहले, लेजर शीतलन केवल परमाणुओं पर आयोजित किया गया था। हालाँकि, आजकल लेजर कूलिंग को अधिक जटिल प्रणालियों जैसे कि डायटोमिक अणु या मैक्रो-स्केल ऑब्जेक्ट पर किया जाता है। क्वांटम कणों के अध्ययन में लेजर कूलिंग ने बहुत योगदान दिया है।
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