Montagem e caracterização de uma armadilha magneto-óptica de rubídio

A. R. Fritsch

Published Jul 20, 2011• 0 citations

Abstract

Neste trabalho apresentamos a construção e caracterização de uma armadilha magneto-óptica, a qual utilizamos para aprisionamento de átomos de Rb. Após a construção da armadilha e sua caracterização, fizemos experimentos para estudar os efeitos da luz de banda larga sobre os átomos aprisionados. Para esse estudo, utilizamos lâmpadas incandescentes que possuem um espectro largo de comprimentos de onda. Verificamos que em uma armadilha com 109 átomos aprisionados, a luz de banda larga aumenta a fluorescência emitida pela nuvem de átomos, tendo fortes indícios que isto representa efetivamente um aumento na eficiência da armadilha. No entanto, com os experimentos que fizemos, não podemos distinguir se essa diferença é referente a um aumento de átomos aprisionados ou apenas espalhamento de luz causado pelo aumento da intensidade de luz incidida sobre a nuvem. Fizemos então uma comparação da resposta dos átomos, frente a variações na intensidade dos feixes de laser utilizados para o aprisionamento. Por motivos que serão discutidos neste trabalho, refizemos esse estudo com um número menor de átomos aprisionados, 108 átomos, e verificamos que o aquecimento das lâmpadas reflete no aumento das perdas na armadilha, diminuindo então o número de átomos aprisionados. Isto nos levou a fazer um estudo sobre a dinâmica das colisões presentes na armadilha, para entendermos a influência da temperatura na eficiência da armadilha. Verificamos que um pequeno aumento uniforme na temperatura da câmara levaria a grandes perdas na armadilha, mas o aumento da temperatura causado pelas lâmpadas é um aumento local, e gera um processo de desgaseificação da câmara, aumentando a quantidade de átomos, "diferentes de Rb", presentes no vapor de fundo.

Related papers

Efeitos de um feixe não Gaussiano em uma armadilha magneto-óptica

Anne Luise Krüger

As armadilhas magneto-ópticas resfriam e aprisionam átomos em uma determinada região, formando nuvens de átomos frios. Conforme a configuração da armadilha, pode-se obter nuvens em diferentes geometrias, como esféricas ou em forma de anel. As armadilhas tem uma grande gama de aplicações, como a construção de relógios atômicos, a obtenção do condensado de Bose-Einstein e o estudo de colisões, no qual a geometria em anel se torna interessante para o estudo em baixas dimensões. Para conhecer os parâmetros da armadilha é necessário fazer sua caracterização. Parâmetros adequados permitem otimizar a armadilha e melhorar a performance da mesma. O objetivo de nosso trabalho é estudar o comportamento do movimento dos átomos e das forças que atuam sobre eles ao variar alguns parâmetros da armadilha, como por exemplo o gradiente de campo magnético, a dessintonia entre a frequência do laser e da transição atômica, a intensidade dos feixes laser e o perfil de intensidade dos feixes. Utilizando o método de integração de Runge- Kutta, apresentaremos simulações da trajetória de um átomo aprisionado e o raio da órbita variando os mesmos parâmetros da armadilha anteriormente citados. Na literatura encontra-se a descrição da força exercida sobre os átomos aprisionados com feixes laser de perfil gaussiano na configuração tradicional e também com um pequeno desalinhamento. A partir da dedução da força sobre os átomos aprisionados com feixes laser de perfil gaussiano, apresentaremos algumas considerações feitas para encontrar a força que atua sobre os átomos com feixes de perfil não gaussiano e simulações realizadas nesta nova consideração. Desta forma, poderá se verificar se existe a possibilidade de aprisionar átomos com feixes de outros perfis de intensidade.

Feb 15, 20130 citations

Variação da temperatura cinética em átomos aprisionados bombeados por campos externos

E. A. L. Henn

Neste trabalho apresentamos o estudo da variação da temperatura cinética de átomos aprisionados magneticamente bombeados por campos eletromagnéticos externos. Aprisionamos átomos de Sódio em uma armadilha magnética de quadrupolo e submetemos esses átomos a um campo magnético externo oscilante. Medimos a temperatura e o número dos átomos remanescentes na armadilha a partir de imagens de tempo de vôo. O processo de medida consiste em desligar a armadilha, deixando a nuvem atômica expandir balisticamente e então fazer uma imagem da fluorescência desses átomos gerada por um pulso de luz próximo da ressonância atômica. Do tamanho da nuvem e do número de fótons capturados podemos obter a temperatura e o número de átomos da amostra. Observamos um significativo resfriamento para algumas freqüências de oscilação do campo externo e posterior aquecimento para freqüências um pouco maiores. Observamos ainda simultaneamente ao resfriamento uma grande perda de átomos da armadilha. Por fim, apresentamos algumas simulações numéricas que reproduzem o fenômeno observado, bem como um modelo que explica os experimentos baseado em excitação seletiva dos átomos confinados pelo campo magnético externo.

Mar 10, 20040 citations

Montagem do experimento para a geração de pares de fótons individuais a partir de ensembles atômicos numa armadilha magneto-ópitca

Ospina Morales, Johan Erasmo

Neste trabalho, apresentamos a construção e caracterização de uma Armadilha Magneto-Óptica (AMO) para átomos neutros de Rubídio. Esta AMO usa fundamentalmente a força de radiação de três pares de feixes contrapropagantes, que se interceptam na origem de uma região onde um campo magnético quadrupolar é aplicado. Implementamos uma montagem para a geração de pares de fótons individuais a partir de ensembles atômicos como proposto no protocolo de informação quântica DLCZ. No desenvolvimento deste trabalho, montamos o sistema de vácuo e a câmara de vácuo onde é gerada a nuvem de átomos aprisionados. Fizemos a construção, sintonia e chaveamento dos feixes de resfriamento, e dos feixes usados no experimento de geração de fótons; chamados de escrita e leitura. Para a caracterização da AMO, fizemos medidas do número de átomos, e medidas da densidade da nuvem, calculando a profundidade óptica. Utilizando um método baseado em espectroscopia de micro-ondas, o qual foi implementado pela primeira vez em nosso grupo, fizemos o cancelamento de campos magnéticos espúrios atuando sobre a AMO.

Mar 30, 20160 citations

Estudo do efeito da dessorção atômica induzida por luz na dinâmica de carga de uma armadilha magneto-óptica de rubídio

Iara Maitê Campestrini Binder

Com o intuito de aumentar a eficiencia das armadilhas magneto-opticas, obtendo-se um numero maior de atomos aprisionados e longos tempos de vida, o efeito de dessorcao atomica induzida por luz surge como uma fonte coadjuvante e nao termica de atomos. Uma investigacao experimental previa (FRITSCH, 2011) comprovou que o numero de atomos de rubidio armadilhados aumenta quando uma luz de dessorcao incide sobre as paredes internas da câmara de aprisionamento, cujo material e de aco inoxidavel. A luz de dessorcao aplicada e proveniente de uma lâmpada incandescente com potencia igual a 60 mW. Os dados experimentais sao fitados e os parâmetros da armadilha sao determinados, para o caso sem luz. Com isso, o modelo teorico proposto por Zhang et al. (2009) e aplicado, descrevendo muito bem o incremento do numero de atomos presentes na armadilha magneto-optica quando a luz de dessorcao e acionada. Desse ajuste, a taxa de dessorcao e o coeficiente de adsorcao sao estimados em 5x1017 atomos por segundo e 55 s-1. A uniao desse modelo com o proposto por Monroe et al. (1990), para o caso sem luz, descreve perfeitamente a curva experimental gerada quando o mecanismo para a obtencao da armadilha magneto-optica e a luz de dessorcao sao acionados simultaneamente. Alem disso, uma previsao teorica para a taxa de dessorcao, a taxa de carregamento da armadilha magneto-optica e o numero maximo de atomos aprisionados em funcao da potencia da luz de dessorcao e mostrada graficamente.

Jul 5, 20130 citations

Medidas das constantes de mola, de amortecimento e da temperatura para átomos aprisionados e para uma de suas variantes espaciais

M. T. de Araújo

Devido à necessidade de caracterizar as armadilhas magneto-ópticas (AMO), as quais fornecem amostras densas de átomos frios, e de extrema importância o conhecimento dos valores das constantes mecânicas k e β inerentes ao movimento harmônico super amortecido dos átomos nestas armadilhas. Neste trabalho, obtivemos estas constantes usando a técnica que aplica uma oscilação forçada aos átomos aprisionados através de um pequeno campo magnético oscilante adicional de forma a não perturbar o aprisionamento. Fizemos um estudo destas constantes como função de alguns parâmetros inerentes ao aprisionamento, como por exemplo: intensidade dos feixes laser, gradiente de campo magnético e dessintonia. A manipulação de átomos aprisionados, obtida através da observação de diversas estruturas espaciais dos mesmos, mostra um certo controle sobre estes átomos e a obtenção de valores para a temperatura dos átomos nestas estruturas, permite uma maior compreensão do mecanismo de aprisionamento. Nos detivemos então, na medida da temperatura dos átomos aprisionados em estrutura espacial do tipo anel além de propor um modelo teórico simples capaz de justificar os resultados obtidos.

Feb 17, 19950 citations

Geração de uma armadilha magneto-óptica de estrôncio 88

Andres David Rodriguez Salas

Neste trabalho é apresentada a construção da montagem de um sistema experimental para resfriar átomos de estrôncio.A construção do sistema está focada no estudo do espalhamento coletivo em nuvens atômicas frias e ultrafrias por meio da teoria de Mie.O estrôncio é um elemento que conta com dois estágios de resfriamento, o primeiro utilizando a transição forte entre estados singletos 1 S 0 -1 P 1 de Γ = ‫23)ߨ2(‬ ‫,ݖܪܯ‬ e o segundo com uma transição fraca entre estados singleto e tripleto 1 S 0 -3 P 1 de Γ = ‫)ߨ2(‬ 7.5 ‫.ݖܪܯ‬ O objetivo deste trabalho é a construção do sistema para resfriar átomos de estrôncio utilizando a primeira transição.A construção do sistema se apresenta em várias partes, primeiro a construção do um forno como fonte de vapor de estrôncio, onde o estrôncio metálico é aquecido até uma temperatura ܶ = 600 ℃.O forno conta com um sistema de microtubos encarregados de colimar o feixe atômico, estes microtubos tem um diâmetro interno ‫ܦ‬ ≈ 180μ݉ e um comprimento de 8 mm.Depois da implementação do forno e do sistema de microtubos foi medido o perfil de velocidades transversais e a divergência do feixe atômico que sai do forno.A largura tem um valor ‫ݓ‬ = ‫801)ߨ2(‬ ‫ݖܪܯ‬ e a divergência do feixe de ‫ߙ‬ ≈ 4,12.A segunda parte do sistema conta com a construção do desacelerador Zeeman, responsável por desacelerar os átomos do feixe atômico utilizando um feixe laser contrapropagante de ‫ߣ‬ = 461 ݊݉ , circularmente polarizado e com uma dessintonização utilizada, após a caracterização do sistema, de Δ = ‫085)ߨ2-(‬ ‫.ݖܪܯ‬ Os átomos sentiram os efeitos da força de pressão radiativa dentro de um tubo de comprimento de 0,28m.Para compensar o efeito Doppler causado pelo movimento dos átomos foi utilizado um arranjo de bobinas em configuração "spin flip" para gerar o campo.A terceira e principal parte do sistema foi a construção da armadilha magnetoóptica (AMO).Onde os átomos que saem do desacelerador Zeeman são confinados e resfriados pela combinação de seis feixes contrapropagantes, dos quais três são retrorefletidos utilizando a transição Γ = ‫23)ߨ2(‬ ‫ݖܪܯ‬ .A dessintonia dos feixe após da caracterização do sistema foi de Δ = ‫93)ߨ2-(‬ ‫.ݖܪܯ‬ Depois da construção do sistema foi feita a primeira caracterição da armadilha magneto-óptica de átomos de estrôncio 88 em nosso grupo, onde obtivemos a temperatura dos átomos na armadilha para o eixo vertical da expansão foi de ܶ = ‫ܭ݉7.4‬e para o eixo horizontal de ܶ ு = 4 ‫.ܭ݉‬ Também foi medido o tempo de carga dos átomos na armadilha ‫ݐ‬ = ‫ݏ51.0‬como bombeamento óptico de estado 3 P 2 -3 D 2 .O tempo de vida foi de 0.3 ‫ݏ‬ ݁ 0.03 ‫ݏ‬ com e sem bombeamento óptico, respectivamente.

Jul 30, 20120 citations