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原子レーザーは、伝播する原子のコヒーレント状態です。原子レーザーは、ボーズ・アインシュタイン凝縮体から生成され、様々な技術を用いて出力結合されます。光レーザーと同様に、原子レーザーも波のように振る舞うコヒーレントビームです。
「原子レーザー」という用語は誤解を招くという議論がある。実際、「レーザー」は誘導放出による光増幅を意味し、原子レーザーと呼ばれる物理的対象とは特に関係がなく、ボーズ・アインシュタイン凝縮体（BEC）をより正確に表している可能性がある。現在、この分野で最も広く使われている用語は、通常、保存トラップ内での蒸発によって得られるBECと、以前に実現されたBECから抽出して得られる伝搬する原子波である原子レーザー自体を区別することである。進行中の実験研究の中には、まずトラップされたBECを作らずに、「ホット」な原子ビームから直接原子レーザーを得ようとするものもある。[ 1 ] [ 2 ]
最初のパルス原子レーザーは、1996年11月にMITのヴォルフガング・ケターレ教授らによって実証されました。 [ 3 ]ケターレはナトリウムの同位体を使用し、振動磁場を出力結合技術として使用し、滴る蛇口のように重力によって部分的な破片を引き剥がしました（外部リンクの動画を参照）。
最初の原子レーザーが誕生して以来、出力結合のための様々な技術や、一般的な研究とともに、原子レーザーの再現が急速に進んできた。現在の原子レーザーの開発段階は、1960年代に発見された光レーザーの開発段階と類似している。つまり、装置や技術はまだ開発の初期段階にあり、厳密には研究室の領域に留まっている。
これまでに最も明るい原子レーザーは、ギリシャのクレタ島にあるIESL-FORTHで実証された。[ 4 ]
原子レーザーの物理は光レーザーの物理と似ています。光レーザーと原子レーザーの主な違いは、原子は自身と相互作用し、光子のように生成できず、光子とは異なり質量を持つ（したがって原子は光速よりも遅い速度で伝播する）ことです。[ 5 ]原子と表面とのファンデルワールス相互作用により、従来のレーザーに典型的な原子ミラーを作ることは困難です。
擬似連続動作原子レーザーは、ミュンヘンのマックス・プランク量子光学研究所のテオドール・ヘンシュ、イマヌエル・ブロッホ、ティルマン・エスリンガーによって初めて実証されました。 [ 6 ]彼らは、最大100ミリ秒にわたるよく制御された連続ビームを生成しましたが、彼らの前身は原子の短いパルスしか生成できませんでした。しかし、枯渇したBECの補充には、発光自体の持続時間よりも約100倍長くかかるため（つまり、デューティサイクルは1/100）、これは連続原子レーザーを構成するものではありません。この分野の最近の発展は、連続ボーズ・アインシュタイン凝縮体の生成という、連続原子レーザーへの進歩を示しています。[ 7 ]
原子レーザーは原子ホログラフィーにとって不可欠です。従来のホログラフィーと同様に、原子ホログラフィーは原子の回折を利用します。原子のド・ブロイ波長は光の波長よりもはるかに小さいため、原子レーザーははるかに高解像度のホログラフィック画像を作成できます。原子ホログラフィーは、わずか数ナノメートルの複雑な集積回路パターンを半導体に投影するために使用できる可能性があります。原子レーザーの恩恵を受ける可能性のあるもう1つのアプリケーションは、原子干渉法です。原子干渉計では、原子波束はコヒーレントに2つの波束に分割され、再結合する前に異なる経路をたどります。光干渉計よりも感度が高い原子干渉計は、量子論を検証するために使用でき、非常に高い精度で時空の変化を検出できる可能性があります。[ 8 ]これは、原子のド・ブロイ波長が光の波長よりもはるかに小さいこと、原子が質量を持つこと、および原子の内部構造も利用できるためです。
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