espectroscopia coerente em vapor atômico usando um trem de pulsos ultracurtos com 1 ghz de taxa de...
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Espectroscopia coerente em vapor atômico usando um trem de pulsos ultracurtos com 1 GHz de taxa de
repetição
Marco Polo Moreno de Souza
Orientadora: Sandra S. Vianna
30 de agosto de 2011
ObjetivoEstudar o efeito do trem de pulsos de um laser de femtossegundos, com taxa de repetição de 1 GHz, nas transições hiperfinas em um vapor de rubídio.
Apresentamos os resultados através de duas técnicas: espectroscopia seletiva em velocidades e espectroscopia com a taxa de repetição.
Sumário
O trem de pulsos e o sistema atômico
Esquema experimental
Espectroscopia seletiva em velocidades
Modelo teórico e discussão
Espectroscopia com a taxa de repetição
Conclusões
Trem de pulsos
( )0
0
( ) ( ) c R cin T i tR
n
E t E t nT e e
c é a frequência da onda portadora.
RT é o intervalo entre os pulsos (inverso da taxa de repetição).
0 ( )E t é a envoltória de um único pulso.
é uma fase adquirida devido aos elementos ópticos da cavidade do laser.
Números do nosso laser:1 ns
~ 100 fs (largura do pulso)
?
R
p
T
T
Pente de frequências
Transformada de Fourier
( )0
0
( ) ( ) c R cin T i tR
n
E t E t nT e e
0( ) ( ) ( )c mm
E E
Transformada de Fourier
02 ( )m Rf mf 0
1 GHz
?Rf
f
Pente de frequências
Transformada de Fourier
( )0
0
( ) ( ) c R cin T i tR
n
E t E t nT e e
0( ) ( ) ( )c mm
E E
Transformada de Fourier
02 ( )m Rf mf 0
1 GHz
?Rf
f
Sistema atômico
Sistema atômico
Esquema experimental
Potência média do laser de fs = 300 mW = 780 nm ou 795 nm
Esquema experimental
Potência média do laser de fs = 300 mW = 780 nm ou 795 nm
Potência do laser de diodo = 10 W = 780 nm
Esquema experimental
Potência média do laser de fs = 300 mW = 780 nm ou 795 nm
Potência do laser de diodo = 10 W = 780 nm
Esquema experimental
Potência média do laser de fs = 300 mW
Potência do laser de diodo = 10 uW
Esquema experimental
Potência média do laser de fs = 300 mW
Potência do laser de diodo = 10 uW
Esquema experimental
Potência média do laser de fs = 300 mW = 780 nm ou 795 nm
Potência do laser de diodo = 10 W = 780 nm
Esquema experimental
Potência média do laser de fs = 300 mW = 780 nm ou 795 nm
Potência do laser de diodo = 10 W = 780 nm
Esquema experimental
Potência média do laser de fs = 300 mW = 780 nm ou 795 nm
Potência do laser de diodo = 10 W = 780 nm
Espectroscopia seletiva em velocidades
O laser de Ti:safira tem sua taxa de repetição fixa, enquanto a frequência do laser de diodo é variada em torno da ressonância Doppler.
0 0 k v Frequência da ressonância
atômica:
Espectroscopia seletiva em velocidades
Espectroscopia seletiva em velocidades
Espectroscopia seletiva em velocidades
Modelo teórico
Hamiltoniano
Formalismo da matriz densidade
Equações de Bloch
aa ac ac cc
(0)ˆvoo aa aa
bb bc bc cc
(0)ˆvoo bb bb
cc ac ca bc cb cc
(0)ˆvoo cc cc
i c.c
( )
i c.c
( )
i i c.c 2
( )
ab ba ac ac ac cb
ˆbc ac voo ab
ac ac ca ac cc aa
ˆbc ab voo ac
bc bc bc bc cc bb
ˆac ba voo bc
(i ) i
i
(i ) i ( )
i
(i ) i ( )
i
Modelo teórico
1 12 2 2 2(0) (0) (0)
2 2 2 2
2 ( / ) 4( )1 1
4( ) 2 ( / )ac bc cb
aa aa aa bbac ca bc
Dividiremos o sistema em dois casos: quando existe um modo em ressonância com a transição e com .
Consideraremos apenas os modos do pente de frequências que caem dentro do perfil Doppler.
Resolvemos as equações de Bloch separadamente e adicionamos as soluções. Para o regime estacionário, encontramos para a população do estado :
Experimento e teoriafs = 795 nm
Experimento e teoria
diodo
fs
fs = 795 nm Rb 85
Experimento e teoria
diodo
fs
fs = 795 nm Rb 85
Experimento e teoria
diodo
fs
fs = 795 nm Rb 85
Espectroscopia com a taxa de repetiçãoNesse caso o laser de diodo tem sua frequência travada, em ressonância com algum grupo de velocidade. Enquanto isso a taxa do laser de Ti:safira é variada.
Conclusões
Mostramos que processos como bombeamento óptico entre níveis hiperfinos do Rb podem ser bem resolvidos usando um laser de femtossegundos de 1 GHz.
A boa concordância entre resultados teóricos (numéricos e analíticos) e experimentais indicam que o bombeamento óptico é bem descrito pela interação entre o vapor atômico e o pente de frequências.
Obrigado!