ระบบทำความเย็นด้วยแสงเลเซอร์ ( Optical MolassesหรือOM ) เป็น ระบบ ทำความเย็นด้วยเลเซอร์ที่สามารถสร้างกลุ่มอะตอมที่เป็นกลางที่มีอุณหภูมิต่ำมากได้ อุณหภูมิสามารถลดลงได้ต่ำถึงไม่กี่ไมโครเคลวิน ขึ้นอยู่กับชนิดของอะตอม ระบบทำความเย็นด้วยแสงเลเซอร์ประกอบด้วยลำแสงเลเซอร์แบบโพลาไรซ์ตั้งฉากกัน 3 คู่ ที่เคลื่อนที่สวนทางกันและตัดกันในบริเวณที่มีอะตอมอยู่ ความแตกต่างหลักระหว่างระบบทำความเย็นด้วยแสงเลเซอร์กับกับดักแม่เหล็กแสง (Magneto-Optical Trapหรือ MOT) คือการที่ระบบทำความเย็นด้วยแสงเลเซอร์ไม่มีสนามแม่เหล็ก ต่างจาก MOT ระบบ OM ให้เพียงแค่การทำความเย็นเท่านั้น ไม่ได้ดักจับอะตอม

เมื่อมีการเสนอการทำความเย็นด้วยเลเซอร์ในปี พ.ศ. 2518 ได้มีการคาดการณ์ถึงขีดจำกัดทางทฤษฎีของอุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้^{[ 1 ]}ซึ่งรู้จักกันในชื่อขีดจำกัดดอปเปลอร์${\displaystyle T_{\text{D}}=\hbar \Gamma /(2k_{\text{B}})}$โดยค่านี้ได้มาจากอุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้ ซึ่งพิจารณาจากการระบายความร้อนของอะตอมสองระดับด้วยการระบายความร้อนแบบดอปเปลอร์ และการระบายความร้อนของอะตอมเนื่องจากการแพร่กระจายของโมเมนตัมจากการกระเจิงของโฟตอนเลเซอร์${\displaystyle \Gamma }$คือความกว้างของเส้นสเปกตรัมตามธรรมชาติของการเปลี่ยนสถานะอะตอม${\displaystyle \hbar }$คือค่าคงที่ของพลังค์ที่ลดลงและ${\displaystyle k_{\text{B}}}$คือค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์

การทดลองสร้างโมลาสเชิงแสงครั้งแรกประสบความสำเร็จในปี 1985 โดย Chu และคณะ ที่ห้องปฏิบัติการ AT&T Bell ^{[ 2 ]} ผู้เขียนได้วัดการทำความเย็นด้วยเลเซอร์ของอะตอมโซเดียมที่เป็นกลางจนถึงขีดจำกัดการทำความเย็นแบบดอปเปลอร์ตามทฤษฎีโดยการสังเกตการเรืองแสงของลำแสงอะตอมร้อน โดยการปิดลำแสงเลเซอร์ชั่วคราวในช่วงเวลาที่กำหนด ผู้เขียนได้วัดพลังงานจลน์ เฉลี่ย ของอะตอมโดยใช้ เทคนิค เวลาบินก่อน จากนั้นจึงวัดสัดส่วนของอะตอมที่ออกจากบริเวณขณะที่อยู่ในความมืดโดยการเปรียบเทียบความสว่างของการเรืองแสงก่อนและหลังการปิด จากนั้นจึงวัดการกระจายความเร็วและอุณหภูมิโดยการประมาณความสัมพันธ์ของสัดส่วนนี้กับเวลาที่ปิดแสง อุณหภูมิจลน์ที่พวกเขาได้รับคือT ≈ 240 μK ซึ่งไม่แตกต่างจากขีดจำกัดการทำความเย็นแบบดอปเปลอร์ในประมาณการสองระดับมากนัก ขนาดของบริเวณโมลาสเชิงแสงเป็นปัจจัยจำกัด

การทดลองที่สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติในเมืองไกเธอร์สเบิร์กพบว่าอุณหภูมิของอะตอมที่เย็นตัวลงนั้นต่ำกว่าขีดจำกัดทางทฤษฎีมาก^{[ 3 ]}ในปี พ.ศ. 2531 Lett และคณะ^{[ 3 ]}ได้นำอะตอมโซเดียมผ่านกากน้ำตาลแสงและพบว่าอุณหภูมิต่ำถึง ~40  μk ซึ่ง ต่ำกว่า ขีดจำกัดการทำความเย็นแบบดอปเปลอร์ที่คาดไว้ที่ 240 μk ถึง 6 เท่า คุณสมบัติที่ไม่คาดคิดอื่นๆ ที่พบในการทดลองอื่นๆ^{[ 4 ]}รวมถึงความไม่ไวต่อการจัดแนวเลเซอร์ของลำแสงที่เคลื่อนที่สวนทางกันอย่างมีนัยสำคัญ

การสังเกตที่ไม่คาดคิดเหล่านี้ทำให้เกิดการพัฒนารูปแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น^{[ 5 ]}ของการทำความเย็นด้วยเลเซอร์ที่คำนึงถึง ระดับย่อย Zeemanและhyperfineของโครงสร้างอะตอม พลวัตของการปั๊มแสงระหว่างระดับย่อยเหล่านี้ทำให้สามารถทำความเย็นอะตอมได้ต่ำกว่าขีดจำกัด Doppler

คำอธิบายที่ดีที่สุดของปรากฏการณ์โมลาสเชิงแสงนั้นขึ้นอยู่กับหลักการของการระบายความร้อนด้วยการไล่ระดับโพลาไรเซชัน [ ^{6 ] สำหรับ}โมลาสเชิงแสงแบบหนึ่งมิติ: สมมติว่าลำแสงเลเซอร์สองลำเข้าใกล้อะตอมจากทิศทางตรงกันข้าม ลำแสงโพลาไรซ์แบบวงกลมที่เคลื่อนที่สวนทางกันจะทำให้เกิดคลื่นนิ่งโดยที่โพลาไรเซชันของแสงเป็นแบบเชิงเส้น แต่ทิศทางจะหมุนไปตามทิศทางของลำแสงด้วยอัตราที่เร็วมาก อะตอมที่เคลื่อนที่ในโพลาไรเซชันเชิงเส้น ที่แปรผันตามพื้นที่ จะมีความหนาแน่นของความน่าจะเป็นสูงกว่าที่จะอยู่ในสถานะที่ไวต่อการดูดซับแสงจากลำแสงที่เข้ามาตรงๆ มากกว่าลำแสงที่มาจากด้านหลัง ซึ่งส่งผลให้เกิดแรงหน่วงที่ขึ้นอยู่กับความเร็ว^{[ 7 ]}$${\displaystyle F=-\alpha v,}$$ ที่ไหน $${\displaystyle \alpha =4\hbar k^{2}{\frac {I}{I_{0}}}{\frac {2\delta /\Gamma }{[1+(2\delta /\Gamma )^{2}]^{2}}}.}$$ ตัวแปร${\displaystyle \hbar }$คือค่าคงที่ของพลังค์แบบลดทอน${\displaystyle I_{0}}$คือความเข้มของการอิ่มตัว${\displaystyle \delta }$คือการปรับความถี่เลเซอร์ที่ไม่ตรงกัน และ${\displaystyle \Gamma }$คือความกว้างของเส้นสเปกตรัมของการเปลี่ยนสถานะการเย็นตัวของอะตอม สำหรับโซเดียม การเปลี่ยนสถานะการเย็นตัว (การหมุนเวียน) คือ${\displaystyle {}^{3}S_{1/2}(F=2)\leftrightarrow {}^{3}P_{3/2}(F=0)}$การเปลี่ยนสถานะที่เกิดจากการกระตุ้นด้วยแสงเลเซอร์ที่ความยาวคลื่น 589  นาโนเมตร

กากน้ำตาลทางแสงสามารถลดอุณหภูมิของอะตอมลงจนถึงขีดจำกัดการกระเด็นกลับได้${\displaystyle T_{\text{r}}}$อุณหภูมินี้ ถูกกำหนดโดยพลังงานของโฟตอนที่ปล่อยออกมาในการสลายตัวจากสถานะJ ′ ไปยัง สถานะ Jโดยที่ สถานะ Jคือโมเมนตัมเชิงมุมของสถานะพื้นฐาน และ สถานะ J ′ คือโมเมนตัมเชิงมุมของสถานะกระตุ้น อุณหภูมินี้กำหนดโดย $${\displaystyle k_{\text{B}}T_{\text{r}}={\frac {h^{2}}{M\lambda ^{2}}},}$$ แม้ว่าในทางปฏิบัติแล้วขีดจำกัดจะสูงกว่าค่านี้หลายเท่า เนื่องจากระบบทำความเย็นนี้มีความไวต่อสนามแม่เหล็กภายนอกอย่างมาก โดยทั่วไปอะตอมจะมีอุณหภูมิอยู่ในระดับไมโครเคลวิน เมื่อเทียบกับขีดจำกัดของปรากฏการณ์ดอปเปลอร์${\displaystyle T_{D}\simeq 240}$ไมโครเค.

มวลแสงแบบหนึ่งมิติสามารถขยายไปสู่สามมิติได้ด้วยลำแสงเลเซอร์ที่เคลื่อนที่สวนทางกันหกลำ แรงทั้งหมดเป็นผลรวมจากแต่ละลำแสง ตัวอย่างเช่น การศึกษา^{[ 8 ]}โดยใช้อะตอมซีเซียมทำให้ได้อุณหภูมิต่ำถึง ~3  μK ซึ่งต่ำกว่าขีดจำกัดของดอปเปลอร์ประมาณ 40 เท่า และสูงกว่าขีดจำกัดอุณหภูมิการกระดอนของ Cs เพียงเล็กน้อย อุณหภูมิที่ได้จะแตกต่างกันไปตามการกำหนดค่าของโพลาไรเซชันของเลเซอร์ และสูงกว่าค่าประมาณทางทฤษฎีทั้งหมด ดังนั้นการขยายจึงได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพ แม้จะมีข้อจำกัดอยู่บ้าง ในการทดลองแบบ 3 มิติ ลักษณะตามขวางของแสงนำไปสู่ข้อจำกัดที่ว่าจะมีเกรเดียนต์ของโพลาไรเซชันอยู่เสมอ อะตอมยังเห็นเกรเดียนต์ที่แตกต่างกันไปตามทิศทางต่างๆ และอาจเปลี่ยนแปลงอย่างมากในระหว่างการเคลื่อนที่แบบแพร่กระจายของอะตอมในมวลแสง^{[ 9 ]}วิถีการเคลื่อนที่ก็ไม่เป็นเส้นตรงเช่นกัน แต่ได้รับผลกระทบอย่างรุนแรงจากกระบวนการทำความเย็น^{[ 10 ]}จำเป็นต้องมีการบำบัดควอนตัมเนื่องจากข้อจำกัดเหล่านี้

กับดักแสงแบบสามมิติ (Optical Molasses) ช่วยชะลอการเคลื่อนที่ของอะตอม แต่ไม่ได้สร้างแรงดักจับเพื่อจำกัดการเคลื่อนที่ของอะตอมในเชิงพื้นที่ ส่วนกับดักแสงแม่เหล็ก (Magneto-Optical Trap) ใช้กับดักแสงแบบสามมิติร่วมกับสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไปตามตำแหน่งเพื่อชะลอและจำกัดการเคลื่อนที่ของอะตอม

• การระบายความร้อนแบบดอปเปลอร์
• กากน้ำตาลสีเทา
• กับดักแม่เหล็กไฟฟ้า
• การระบายความร้อนแบบไล่ระดับโพลาไรเซชัน
• การระบายความร้อนแบบซับดอปเปลอร์