مبانی نظری سرمایش لیزری

در این رساله مبانی نظری پدیده سرمایش لیزری را ارائه می کنیم. برای این منظور به مطالعه بر همکنش میدان الکترو مغناطیسی (نور) و اتم، در سه حوزه کلاسیک، نیمه کوانتومنی و کوانتومی، می پردازیم. در ابتدا میدان واتم هر دو بصورت کلاسیک در نظر گرفته می شود. سپس حالتی را در نظر می گیریم که میدان کلاسیک و اتم کوانتومی است و نهایتا حالتی را در نظر می گیریم که اتم و میدان هر دوکوانتومی باشند. در دو مورد اخیر مدلی که برای اتمها در نظر گرفته شده است، اتمهای دو ترازه و سه ترازه خواهد بود. در حالت اول با محاسبه نیری وارد بر اتم نشان داده ایم که برهمکنش کلاسیک نور و ماده تا حدی می تواند پدیده سرمایش را توجیه نماید. در این حالت همچنین نشان داده ایم که زمانی در حدود ‏‎10-4‎‏ ثانیه لازم است تا، در دمای اتاق، انرژی جنبشی مجموعه ای از اتمهای سدیم (به عبارت دیگر، دمای آن) به 37 درصد مقدار اولیه خود برسد. این محاسبات به اضافه دمای حدی (به عبارت دیگر کمترین دمایی که، در حالت تعادل، مجموعه به آن می رسد) را برای دو مورد نیمه کوانتومی و تمام کوانتومی نیز ارائه شده است. مقایسه بین نتایج دو مورد اخیر نشان می دهد که در این مدل دمای حدی یکسان بوده و رفتار کوانتومی میدان الکترومغناطیسی (نور) تاثیر چندانی در آن ندارد. مقایسه نتایج محاسبات نیمه کوانتومی و تمام کوانتومی با مدل کلاسیک فرآیند سرمایش لیزری، همچنین نشان می دهد که در مدلهای کوانتومی نرخ سرمایش حدود صد مرتبه بزرگتر از مدل کلاسیک است.