Охлаждение методом боковой полосы является методикой Лазерного охлаждения, которую можно использовать для охлаждения сильно удерживаемых атомов до нижнего квантового состояния их движения. Атомы, как правило, предварительно охлаждены с помощью доплеровского охлаждения. Затем, для охлаждения атомов за пределы лимита Доплеровского охлаждения используют охлаждение методом боковой полосы.

Холодные удерживаемые полями атомы можно рассматривать в хорошем приближении, как квантовомеханический гармонический осциллятор. Если скорость спонтанного распада значительно меньше, чем частота колебаний атомов в ловушке, то каждый внутренний уровень энергии молекулы расщепится на множество подуровней, образованных колебательными состояниями всей системы (фононные состояния).

Рассмотрим двухуровневую систему, у которой нижнее состояние обозначается как g (ground state), а возбуждённое состояние как e (excited state). Эффективное лазерное охлаждение происходит, когда частота лазерного луча настраивается на частоту красной боковой линии спектра, т.е.

,

где является внутренней частотой атомного перехода, а является гармонической частотой колебаний атома. В этом случае атом претерпевает переход

,

где представляет состояние иона, у которого внутренним атомным состоянием является a, а фононным состоянием является m. Этот процесс обозначен как '1' в изображении справа.

Последующее спонтанное излучение происходит преимущественно на несущей частоте, если энергия отдачи атома пренебрежимо мало по сравнению с квантом колебательной энергии, т.е.

Этот процесс обозначен как '2' в изображении справа. В среднем, этот механизм охлаждает ион на величину одного колебательного уровня. Когда эти шаги повторяются достаточное число раз, то состояние достигается с высокой вероятностью. ^{[1] [2] [3]}

Примечания