Sự tương tác giữa ánh sáng gần cộng hưởng với nguyên tử không chỉ làm nguyên tử chuyển mức mà còn dịch chuyển các mức năng lượng của nguyên tử
cho bởi
Những dịch chuyển này có nguyên nhân do hiệu ứng Stark khi nguyên tử nằm trong điện trường của trường ánh sáng. Dịch chuyển của các mức năng lượng của nguyên tử do trường ánh sáng đóng vai trò quyết định trong sơ đồ làm lạnh dưới Doppler, và sự thay đổi phân cực có ảnh hưởng mạnh đến dịch chuyển ánh sáng. Trong giới hạn cường độ thấp của hai chùm laser, mỗi chùm có cường độ s0Is, dịch chuyển ánh sáng ∆Eg của các trạng thái con của trạng thái cơ bản được
cho bởi
Trong đó là hệ số Clebsch - Gordan mô tả sự tạo cặp giữa nguyên tử và trường ánh sáng . Hệ thức này có thể so sánh với kết quả nhận được ở (1.19a)
cho bởi hai mức trong sóng chạy. Thứ nhất dịch chuyển ánh sáng lớn hơn hai lần do có hai sóng chạy. Thứ hai, sự tạo cặp đã thay đổi do có sự tách thành nhiều mức ở trạng thái cơ bản được biểu diễn bởi hằng số Cge2 . Giải tích bán cổ điển của các vấn đề không mang lại quá trình phát xạ tự phát, các tính toán giải tích chi tiết hơn đưa tới kết quả biểu thức
Do Cge chỉ phụ thuộc vào số lượng tử từ và sự phân cực của trường ánh sáng nên dịch chuyển ánh sáng sẽ khác nhau với các mức từ trường con khác nhau. Dịch chuyển ánh sáng của trạng thái cơ bản là âm khi tần số laser được điều chỉnh dưới cộng hưởng và dương khi
Nếu phân cực thẳng trực giao và dịch chuyển ánh sáng của các trạng thái con có bằng ba lần dịch chuyển ánh sáng của trạng thái có khi trường ánh sáng hoàn toàn phân cực tròn . Theo hướng khác, khi ánh sáng trở nên phân cực tròn , dịch chuyển của là lớn hơn ba lần. Như vậy trong trường hợp này bơm quang học đã xét ở trên là nguyên nhân có mật độ cư trú lớn hơn ở trạng thái có dịch chuyển ánh sáng lớn hơn. Điều đó nói chung là đúng cho các dịch chuyển tới . Giản đồ
cho biết mật độ cư trú và dịch chuyển ánh sáng cho trường hợp riêng khi độ dịch tần âm.
Hình10 . Sự thay đổi theo không gian của điện trường trong cấu hình phân cực Lin⊥Lin cho thấy gradient phân cực được sử dụng trong làm lạnh.
Hình 12