Оптичне накачування

Оптичне накачування — це процес, в якому світло використовується для підняття (або «накачування») електронів з більш низького енергетичного рівня в атомі або молекулі до більш високого. Він зазвичай використовується у конструкції лазерів, для накачування активного лазерного середовища з метою досягнення інверсії заселеності. Техніка була розроблена на початку 1950-х років Нобелівським лауреатом 1966 року Альфредом Кастлером .[2]

Оптичне накачування лазерного стрижня (знизу) з дуговою лампою (зверху). Позначення: червоний — гаряча поверхня; синій — холодна поверхня; зелений — потік світла; незелені стрілки — потік води; суцільні кольори — метал; світлі кольори — плавлений кварц .[1]

Оптичне накачування також використовується для циклічного накачування електронів, зв'язаних в межах атома або молекули, до чітко визначеного квантового стану. Для найпростішого випадку когерентного дворівневого оптичного накачування виду атому, що містить один електрон зовнішньої оболонки, це означає, що електрон когерентно накачується в єдиний надтонкий підрівень (позначений ${\displaystyle m_{F}\!}$), який визначається поляризацією лазеру накачування та правилами квантового відбору . При оптичному накачуванні атом орієнтований на конкретний підрівень ${\displaystyle m_{F}\!}$, однак через циклічну природу оптичного накачування пов'язаний електрон буде фактично зазнавати повторного збудження і розпаду між підрівнями верхнього і нижнього стану. Частота і поляризація лазера накачування визначають, на який підрівень ${\displaystyle m_{F}\!}$ орієнтований атом.

На практиці повністю когерентне оптичне накачування може не відбуватися внаслідок силового розширення ширини лінії переходу та небажаних ефектів, таких як захоплення надтонкої структури та захоплення радіації . Тому орієнтація атома залежить, як правило, від частоти, інтенсивності, поляризації, спектральної смуги пропускання лазера, а також від ширини ліній і ймовірності переходу поглинаючого переходу.[3]

Експеримент по оптичному накачуванню найчастіше можна побачити в лабораторіях студентів-фізиків, де використовують ізотопи газу рубідію і демонструють здатність радіочастотного (МГц) електромагнітного випромінювання ефективно накачувати і відкачувати ці ізотопи.