Quando incide-se uma radiação em um vapor atômico, esta pode sofrer processos de\nabsorção e de emissão várias vezes antes que os fótons saiam do volume da célula que\ncontém o vapor. Em consequência destes diversos espalhamentos, que ocorrem no interior\nda célula, o prol espectral da radiação incidente sofre uma evolução, o qual é regido\npelos mecanismos de redistribuição em frequências. Existem dois tipos de redistribuição\nem frequências, a Redistribuição Parcial em Frequências (PFR) e a Redistribuição Completa\nem Frequências (CFR). Quando existe correlação entre a frequência de emissão e\nda absorção, dizemos que ocorreu uma PFR. Caso contrário, quando não há quaisquer\ncorrelação entre as frequências absorvidas e emitidas, dizemos que ocorreu CFR. Esta\nredistribuição em frequências tem sua origem na inomogeneidade dos perfis espectrais da\nradiação incidente e da resposta do vapor ressonante. Pode-se destacar, também, que\nesta inomogeneidade determina a distribuição dos comprimentos de passos dos fótons no\nvapor atômico. Os fótons que propagam-se neste meio atômico executam um passeio\naleatório entre sucessivos processos de absorção e emissão, cujo comprimentos dos passos\nr é descrito por uma distribuição de probabilidade de dita "cauda longa". Contudo, o\ncomportamento superdifusivo destes fótons é caracterizado por um comprimento de passo\núnico, decaindo assintoticamente como uma lei de potência P(r) r com < 3. Neste\ntrabalho estamos estudando, de uma parte, a redistribuição em frequências em duas etapas,\nsendo a primeira para diversas dessintonizações da radiação em relação ao centro de\nabsorção, mantendo-se fixa a densidade do vapor e, em uma segunda etapa, deixamos fixa a\ndessintonização da radiação, variando-se a densidade atômica. Em nosso modelo numérico estudamos átomos de rubídio, considerando sua estrutura eletrônica oticamente ativa com\napenas dois níveis de energia e excitado na frequência de sua linha D2. Para a segunda\nparte deste trabalho analisamos, de forma numérica, o expoente da lei de potência para\na distribuição de probabilidade dos comprimentos de passos individuais dos fótons em\num vapor atômico para espectros de absorção e emissão modificados. Para a última parte\ndeste trabalho, desenvolveu-se um modelo experimental para analisar a redistribuição em\nfrequências, onde os fótons emitidos que saem do volume da célula são coletados em certo\nvolume sólido por uma lente de alguns centímetros, direcionados através de uma fibra para\nanálise por um Fabry-Pérot. Além disso, foi desenvolvido uma técnica experimental para\ngerar a distribuição de probabilidade de passos dos fótons onde modificamos os espectros\nda radiação incidente ou de absorção. No caso da radiação incidente, esta é guiada por\numa fibra para uma segunda célula, onde uma câmera CCD, de sensibilidade elevada,\npermite medir o comprimento de passos individuais dos fótons.
Quando incide-se uma radiação em um vapor atômico, esta pode sofrer processos de\nabsorção e de emissão várias vezes antes que os fótons saiam do volume da célula que\ncontém o vapor. Em consequência destes diversos espalhamentos, que ocorrem no interior\nda célula, o prol espectral da radiação incidente sofre uma evolução, o qual é regido\npelos mecanismos de redistribuição em frequências. Existem dois tipos de redistribuição\nem frequências, a Redistribuição Parcial em Frequências (PFR) e a Redistribuição Completa\nem Frequências (CFR). Quando existe correlação entre a frequência de emissão e\nda absorção, dizemos que ocorreu uma PFR. Caso contrário, quando não há quaisquer\ncorrelação entre as frequências absorvidas e emitidas, dizemos que ocorreu CFR. Esta\nredistribuição em frequências tem sua origem na inomogeneidade dos perfis espectrais da\nradiação incidente e da resposta do vapor ressonante. Pode-se destacar, também, que\nesta inomogeneidade determina a distribuição dos comprimentos de passos dos fótons no\nvapor atômico. Os fótons que propagam-se neste meio atômico executam um passeio\naleatório entre sucessivos processos de absorção e emissão, cujo comprimentos dos passos\nr é descrito por uma distribuição de probabilidade de dita "cauda longa". Contudo, o\ncomportamento superdifusivo destes fótons é caracterizado por um comprimento de passo\núnico, decaindo assintoticamente como uma lei de potência P(r) r com < 3. Neste\ntrabalho estamos estudando, de uma parte, a redistribuição em frequências em duas etapas,\nsendo a primeira para diversas dessintonizações da radiação em relação ao centro de\nabsorção, mantendo-se fixa a densidade do vapor e, em uma segunda etapa, deixamos fixa a\ndessintonização da radiação, variando-se a densidade atômica. Em nosso modelo numérico estudamos átomos de rubídio, considerando sua estrutura eletrônica oticamente ativa com\napenas dois níveis de energia e excitado na frequência de sua linha D2. Para a segunda\nparte deste trabalho analisamos, de forma numérica, o expoente da lei de potência para\na distribuição de probabilidade dos comprimentos de passos individuais dos fótons em\num vapor atômico para espectros de absorção e emissão modificados. Para a última parte\ndeste trabalho, desenvolveu-se um modelo experimental para analisar a redistribuição em\nfrequências, onde os fótons emitidos que saem do volume da célula são coletados em certo\nvolume sólido por uma lente de alguns centímetros, direcionados através de uma fibra para\nanálise por um Fabry-Pérot. Além disso, foi desenvolvido uma técnica experimental para\ngerar a distribuição de probabilidade de passos dos fótons onde modificamos os espectros\nda radiação incidente ou de absorção. No caso da radiação incidente, esta é guiada por\numa fibra para uma segunda célula, onde uma câmera CCD, de sensibilidade elevada,\npermite medir o comprimento de passos individuais dos fótons.
O aprisionamento radiativo incoerente de radiação ressonante em vapores atómicos e estudado fazendo uso de uma abordagem estocástica, que corresponde, essencialmente, a um modelo conhecido como representação de difusão múltipla. O fenómeno e simulado computacionalmente, em meios atómicos, para um modelo de dois níveis e em condições de resposta linear do sistema. São considerados os detalhes geométricos das células (formas e dimensões) e é dada particular ênfase aos efeitos de redistribuição parcial em frequências. São calculados os parâmetros da teoria utilizando grandezas adimensionais, nomeadamente opacidades e frequências normalizadas, de modo a permitir uma maior generalidade e aplicabilidade dos resultados obtidos. São apresentados resultados de tempos de vida médios de retenção da excitação na amostra, rendimento global de remissão para o exterior da célula, distribuições espectrais da radiação detectada, distribuições espaciais das espécies excitadas e decaimentos de intensidade para geometrias uni e tridimensionais. Dentro das últimas, foram feitos estudos para células paralelepipédicas e cilíndricas. E feita uma comparação dos resultados obtidos com resultados experimentais existentes na literatura para o modo fundamental, para as linhas ressonantes do mercúrio de 185 nm, em condições de redistribuição parcial em frequências, e de 254 nm, em condições de redistribuição completa em frequências. A concordância verificada e boa, sendo que as diferenças relativas são de cerca de 5% para o caso de redistribuição completa e variam de 0,4% em células sem argon a cerca de 30% na presença de argon, para o caso de redistribuição parcial. Conclui-se que, para a linha de 254 nm, as condições de redistribuição completa são validas. Pelo contrário, os resultados para a linha de 185 nm, mostram que os efeitos de redistribuição parcial têm de ser tomados em consideração. E ainda apresentado um caso de estudo unidimensional que permite discutir de forma extensa as vantagens relativas dos algoritmos de Monte-Carlo e de cadeias de Markov, duas das alternativas para a quantificação dos parâmetros do modelo estocástico. O aprisionamento da radiação ressonante em vapores atómicos e tratado como um caso de difusão anómala, em particular de superdifusão, caracterizado por um espraiamento da excitação mais rápido que o previsto pela difusão Browniana padrão, em resultado de uma distribuição de tamanhos de saltos com momentos infinitos, conhecida como voo de Levy. Define-se uma função de distribuição de opacidade de linha, em condições de redistribuição parcial, e discute-se a relação entre esta distribuição, os mecanismos de redistribuição de frequências entre absorção e posterior remissão (alargamento de Doppler puro, alargamento de Doppler e natural e alargamento combinado de Doppler, natural e colisional) e as funções de distribuição de tamanho de saltos. Conclui-se que a redistribuição parcial no referencial do laboratório retém um carácter da redistribuição considerada no referencial do átomo em repouso para opacidades elevadas e que, em consequência, há uma quebra do carácter de super difusão no caso de alargamento combinado natural e de Doppler, algo ainda não identicado de forma clara na literatura.
Este trabalho visa o estudo de colisões atômicas mediadas por fótons. Devido à presença da luz ressonante consideramos em nosso sistema os processos de excitação e decaimento atômicos. Em particular, o decaimento atômico tem sua importância no estudo das armadilhas magneto-ópticas, pois este decaimento poder ser um dos fatores que limita a permanência dos átomos confinados neste tipo de armadilha. Apresentaremos uma formulação inédita para a resolução numérica das equações de populações e coerências que descrevem o processo colisional para um par atômico de átomos de dois níveis. Nesta formulação, não utilizamos aproximação, com isso foi possível também, neste trabalho, checarmos a validade da teoria semi-clássica, uma vez que esta é elaborada por um método aproximativo. Comparando nossa formulação, ao qual batizamos de formalismo quântico, com o formalismo semi-clássico, verificamos que a validade deste último restringe-se quando atribuímos determinados valores para o momentum e largura do pacote de ondas, associado à partícula reduzida. Baseado nas redes-ópticas, apresentaremos também um modelo de experimento que possibilite a preparação de um estado inicial para dois átomos colidentes na presença de um feixe laser de prova. Um outro estudo consiste em verificarmos a existência de um potencial efetivo que possibilite descrever o mesmo resultado, assintoticamente, utilizando os formalismos quântico e o Liouvilliano clássico
Este trabalho visa o estudo de colisões atômicas mediadas por fótons. Devido à presença da luz ressonante consideramos em nosso sistema os processos de excitação e decaimento atômicos. Em particular, o decaimento atômico tem sua importância no estudo das armadilhas magneto-ópticas, pois este decaimento poder ser um dos fatores que limita a permanência dos átomos confinados neste tipo de armadilha. Apresentaremos uma formulação inédita para a resolução numérica das equações de populações e coerências que descrevem o processo colisional para um par atômico de átomos de dois níveis. Nesta formulação, não utilizamos aproximação, com isso foi possível também, neste trabalho, checarmos a validade da teoria semi-clássica, uma vez que esta é elaborada por um método aproximativo. Comparando nossa formulação, ao qual batizamos de formalismo quântico, com o formalismo semi-clássico, verificamos que a validade deste último restringe-se quando atribuímos determinados valores para o momentum e largura do pacote de ondas, associado à partícula reduzida. Baseado nas redes-ópticas, apresentaremos também um modelo de experimento que possibilite a preparação de um estado inicial para dois átomos colidentes na presença de um feixe laser de prova. Um outro estudo consiste em verificarmos a existência de um potencial efetivo que possibilite descrever o mesmo resultado, assintoticamente, utilizando os formalismos quântico e o Liouvilliano clássico
Neste trabalho estudamos, experimental e teoricamente, as flutuações de campos eletromagnéticos após a interação com sistemas atómicos em configuração de dois níveis com degenerescências. Estes sistemas atómicos eram preparados em superposições coerentes de seus estados obtidas através dos fenômenos de Transparência e Absorção Eletromagneticamente Induzidas. O sistema físico foi considerado em dois modelos teóricos semiclássicos distintos: resposta atómica linear e difusão de fase. Estes modelos se baseiam no fato de que lasers de díodo possuem excesso de ruído na fase, que durante o processo de interação coerente com o sistema atómico é transferido ressonantemente para o ruído de intensidade. Em nossa análise, observamos resultados não triviais em relação aos sinais de ruído e correlação entre os campos medidos. Verificamos que, num vapor atómico, a largura Doppler associada à transição tem um papel fundamental na composição elo sinal ele ruído. Observamos que mesmo transições que, a priori, estariam não ressonante podem ter contribuição significativa para o sinal ele ruído. Os modelos teóricos desenvolvidos apresentaram um bom acordo qualitativo com parte dos dados experimentais e se mostraram uma ferramenta útil para a análise da influência dos efeitos coerentes nas flutuações elos campos, quando o laser possui excesso de ruído ele fase.
Neste trabalho, aplicamos a técnica de mistura de quatro ondas para estudar a resposta nãolinear de uma amostra constituída de átomos de Rb, em vapor, com excitações ressonantes por dois e três fótons. As ressonâncias por dois fótons envolvem estados altamente excitados, estados de Rydberg, que podem ser acessados seletivamente, possibilitando uma comparação direta da resposta devido aos diferentes estados nd e (n+2)s, com n variando entre 14 e 20. Neste sistema, investigamos as propriedades do sinal gerado coerentemente em função da intensidade dos feixes incidentes e da densidade atômica. Duas configurações foram estudadas: i) colinear, onde os feixes de excitação incidem na amostra em uma mesma direção, e ii) de feixes cruzados, onde introduzimos um ângulo de cruzamento, q , entre os feixes incidentes. A variação da intensidade do sinal gerado com os números quânticos n e l permite uma clara distinção dos vários caminhos de excitação, incluindo as diferentes contribuições dos níveis de estrutura-fina dos estados 5p e 6p. Na configuração colinear e em altas densidades atômicas dois efeitos são analisados: i) a supressão do sinal gerado na posição da ressonância de três fótons, devido a efeitos de interferência destrutiva entre os campos incidentes e os campos gerados na amostra; e ii) um alargamento no perfil das linhas espectrais correspondentes às ressonâncias de dois fótons, indicando uma contribuição de mecanismos de auto-alargamento. Na configuração de feixes cruzados, investigamos o efeito cooperativo de deslocamento em frequência relacionado à ressonância de três fótons, o qual apresenta uma dependência tanto com a densidade atômica como com a interação com o próprio campo gerado. Mostramos que esses resultados, incluindo os efeitos de deslocamento em frequência e de casamento de fase, podem ser bem descritos por um modelo teórico simples baseado nas equações de Maxwell-Bloch semiclassicas, com um tratamento perturbativo nos campos incidentes. Em particular, obtemos uma estimativa para a seção de choque de auto-alargamento associada às coerências induzidas por dois fótons, bem como, uma boa descrição da dependência com q do deslocamento em frequência cooperativo. A etapa final deste trabalho envolve a montagem e caracterização de uma armadilha magnetoótica de Rb, visando o estudo da interação entre estados excitados a partir da coerência induzida por processos não-lineares.
Neste trabalho estudamos, experimental e teoricamente, as flutuações de campos eletromagnéticos após a interação com sistemas atómicos em configuração de dois níveis com degenerescências. Estes sistemas atómicos eram preparados em superposições coerentes de seus estados obtidas através dos fenômenos de Transparência e Absorção Eletromagneticamente Induzidas. O sistema físico foi considerado em dois modelos teóricos semiclássicos distintos: resposta atómica linear e difusão de fase. Estes modelos se baseiam no fato de que lasers de díodo possuem excesso de ruído na fase, que durante o processo de interação coerente com o sistema atómico é transferido ressonantemente para o ruído de intensidade. Em nossa análise, observamos resultados não triviais em relação aos sinais de ruído e correlação entre os campos medidos. Verificamos que, num vapor atómico, a largura Doppler associada à transição tem um papel fundamental na composição elo sinal ele ruído. Observamos que mesmo transições que, a priori, estariam não ressonante podem ter contribuição significativa para o sinal ele ruído. Os modelos teóricos desenvolvidos apresentaram um bom acordo qualitativo com parte dos dados experimentais e se mostraram uma ferramenta útil para a análise da influência dos efeitos coerentes nas flutuações elos campos, quando o laser possui excesso de ruído ele fase.