Desenvolvimento de fontes laser, espectroscopia de alta resolução e resfriamento e aprisionamento magneto-óptico de átomos de cálcio

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Cavasso Filho, Reinaldo Luiz, 1974-
Data de Publicação: 2002
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1593388
Resumo: Orientador: Flavio Caldas da Cruz
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spelling Desenvolvimento de fontes laser, espectroscopia de alta resolução e resfriamento e aprisionamento magneto-óptico de átomos de cálcioAtomos - ResfriamentoLasersÓtica não-linearEspectroscopia de alta resoluçãoOrientador: Flavio Caldas da CruzTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb WataghinResumo: Neste trabalho, abordamos o desenvolvimento de um sistema experimental para resfriamento laser e aprisionamento magneto-óptico de átomos de cálcio, o desenvolvimento de fontes laser empregadas nesse sistema, bem como estudos espectroscópicos de transições desse elemento em descargas elétricas de catodo oco. No caso do cálcio, a transição óptica mais eficiente para a manipulação do movimento dos átomos por pressão de radiação é a 1 S0-1 P1 em 423 nm. Uma das fontes de radiação laser que desenvolvemos para esse comprimento de onda consiste de um laser de Ti:Safira estabilizado e duplicado em freqüência. A freqüência desse laser é travada à ressonância de uma cavidade de Fabry-Perot de referência. O segundo harmônico do laser é gerado por conversão não-linear em um cristal de niobato de potássio situado em uma cavidade externa de amplificação. Investigamos o uso de lâmpadas de catodo oco de cálcio como ferramentas espectroscópicas de alta resolução. A variação na impedância da descarga elétrica que ocorre com a excitação laser, o efeito optogalvânico, é uma técnica de alta sensibilidade que simplifica consideravelmente a detecção e a sintonia em transições atômicas muito fracas como a 1 S0-3 P1 em 657 nm. O sistema de resfriamento e aprisionamento de átomos de cálcio é o último tópico abordado neste trabalho. Nesse sistema, átomos provenientes de um feixe atômico térmico são resfriados pela técnica de desaceleração Zeeman e então capturados em uma armadilha magneto-óptica. Empregamos um esquema alternativo de desaceleração Zeeman que usa um feixe laser com a mesma freqüência dos feixes da armadilha. Estudamos a variação do número estacionário de átomos aprisionados com vários parâmetros, como o gradiente de campo magnético, a dessintonia e a intensidade dos feixes laser de aprisionamento e desaceleração. Analisamos também a evolução temporal do número de átomos aprisionados. Esse estudo mostrou que o tempo de armazenamento na armadilha é limitado por perdas devido ao bombeamento óptico de níveis metaestáveis do cálcio. Essas perdas por bombeamento óptico são muito maiores do que as perdas decorrentes de colisões binárias entre os átomos frios. Nesse regime, o comportamento não-exponencial do número de átomos torna-se muito difícil de ser observado. Todavia, constatamos que é possível extrair informações relativas à taxa de perdas por colisões frias comparando as constantes de tempo exponenciais das curvas de carga e descargaAbstract: In this work, we report on an experimental system for laser cooling and magneto-optical trapping of calcium atoms, the development of the laser sources for this system, and a spectroscopic analysis of calcium transitions in hollow cathode electric discharges. In the case of calcium, the most efficient optical transition for the atom motion manipulation by radiation pressure is the 1 S0- 1 P1 at 423 nm. One of the lasers sources that we developed at this wavelength consists on a frequency doubled and stabilized Ti:Sapphire laser. The frequency of this laser is locked to the resonance of a Fabry-Perot reference cavity. The second harmonic is generated by nonlinear conversion in a potassium niobate crystal inside an external power enhancement cavity. We investigate the use of calcium hollow cathode lamps as high resolution spectroscopic tools. The variation of the electrical discharge caused by the laser excitation, the optogalvanic effect, is a high sensitivity technique that greatly simplifies the detection and tuning on very weak atomic transitions, as the 1 S0-3 P1 at 657 nm. The system for cooling and trapping of calcium atoms is the last topic reported in this work. In this system, atoms from a thermal atomic beam are first cooled by the Zeeman deceleration technique and then trapped on a magneto-optical trap. We employed an alternative scheme for Zeeman deceleration which uses a laser beam at the same frequency of the trapping laser beams. We analyzed the variation of the steady state number of trapped atoms with several parameters, as magnetic field gradient, detuning and intensity of the trapping and decelerating laser beams. We also analyzed the time evolution of the number of trapped atoms. This analysis showed that the trap storage time is limited by losses related with the optical pumping of calcium metastable levels. These optical pumping losses are much larger than the losses caused by binary collisions between the cold atoms. In this regime, the non-exponential behavior of the atom number is very difficult to observe. However, we noticed that it is possible to extract information on the cold collision loss rate by comparing the exponential time constants of the trap load and the decay curvesDoutoradoFísicaDoutor em Ciências[s.n.]Cruz, Flávio Caldas da, 1966-Marcassa, Luis GustavoAraujo, Cid Bartolomeu deCruz, Carlos Henrique de BritoCaldeira, Amir OrdacgiUniversidade Estadual de Campinas. 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