Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5357.pdf: 11039751 bytes, checksum: 1534d2a0d9db4a8e8f0feb6c57f55080 (MD5) Previous issue date: 2013-08-01 / Financiadora de Estudos e Projetos / The simultaneously incidence of two light beams on one or more atoms causes destructive interference of these beams in atomic states causing cancellation of the absorption of one of the incident beams and this phenomenon is called Electromagnetically Induced Transparency (EIT). The main objective of this work is to show that the Electromagnetically Induced Transparency, which is usually studied in the quantum context, can be modeled classically as a function of coupled harmonic oscillators subject to an external force and dissipation. To will establish the classical equivalence, it will be presented the theory of the EIT in diferent quantum systems and also the theory of classic harmonic oscillators. Analogies will be performed comparing the classical and quantum equations of motion obtained for each scheme. For this, we perform the equivalence of EIT in quantum systems as atoms in three levels in Λ configuration, two-level atoms plus a cavity mode and the cavity optomechanics with the classical system of two coupled harmonics oscillator forced and damped. We also analyze the equivalence of two diferent quantum systems: three level atoms plus one cavity mode and four levels atoms in free space with a classical system composed by three coupled harmonic oscilators, forced and damped, in diferent configurations. / A incidência simultânea de dois feixes luminosos em um ou mais átomos provoca a interferência destrutiva desses feixes em um dos estados atômicos causando o cancelamento da absorção de um dos feixes incidentes e esse fenômeno é denominado Transparência Eletromagneticamente Induzida (\Electromagnetically Induced Transparency", EIT). O objetivo principal deste trabalho é mostrar que a Transparência Eletromagneticamente Induzida, que é normalmente estudada no contexto quântico, pode ser modelada classicamente em função de osciladores harmônicos amortecidos forçados e acoplados. Para que a equivalência clássica seja bem fundamentada, será apresentada a teoria da EIT em diversos sistemas quânticos e também a teoria dos osciladores harmônicos clássicos. As equivalências serão realizadas comparando as equações de movimento clássicas e quânticas obtidas para cada regime. Para isso, vamos realizar a equivalência da EIT em sistemas quânticos de átomos de três níveis em configuração Λ, dois níveis atômicos mais um modo da cavidade e a optomecânica de cavidades com o sistema clássico de dois osciladores harmônicos amortecidos forçados e acoplados. Logo após, será analisada a equivalência de dois sistemas quânticos compostos por átomos de três níveis mais um modo da cavidade e átomos de quatro níveis com os sistemas clássicos de três osciladores harmônicos amortecidos forçados e acoplados em diferentes configurações.

Este trabalho discute a introdução de tópicos de História e Filosofia da Ciência no ensino de Física para o segundo grau. Procurou-se dar embasamento teórico para atividades com tal temática, tanto no que diz respeito a questões metodológicas, com a análise de resultados de pesquisas em Didática das Ciências, como, também, quanto aos conteúdos histórico e filosófico. Tomando-se como tema o episódio de aperfeiçoamento da luneta no século XVII, foram elaboradas duas atividades de ensino que têm como finalidades a discussão das relações entre Ciência e Tecnologia e o papel dos referentes teóricos dos cientistas na observação e interpretação de dados. As atividades foram introduzidas em sala de aula e analisadas através de seu registro em vídeo. / The introduction of topics on history and philosophy of science in high school physics curriculum is discussed. Theoretical basis for the design of activities is presented concerning both methodological aspects, with the analysis of research on the teaching of science as, also, historical and philosophical content. Within the episode of the improvement of the telescope in the 17th century, two activities were developed, having the discussion of the relationship between science and technology and the influence of theoretical references of scientists on data observation and interpretation as themes. The activities were tried out in classroom and analysed through videotape records.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 parte1.pdf: 1564749 bytes, checksum: f636c3379c524ad8d77d3be5f44c4c36 (MD5) Previous issue date: 2010-06-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / We analyze the dynamics of semiconductor lasers radiation frequency when these lasers are subject to different conditions of optical feedback, and we demonstrate how it is possible to control the emission frequency using the different configurations explored. In the first system studied a semiconductor laser is fed back with light which polarization is orthogonal to the output polarization, spectrally filtered by a cesium atomic vapor. This system, besides presenting an effective technique to stabilize the laser frequency and reduce the laser linewidth, was the first to exhibit frequency bistable and multistable optical regimes with amplitude practically constant. This unique feature opens the way for applications in all-optical FM logical devices. The bistable and multistable regimes are interpreted through a phenomenological model, and, for the bistable regime, we discuss a rate equation model, built taking in account thermal effects and gain saturation. We also present an all-optical frequency switch, the first of his kind. The second system is used to investigate the behavior of the emission frequency of a semiconductor laser with an external cavity, inside which is placed an atomic filter. For different values of the injection current we observe the laser frequency locking in the atomic line, bistability and reproducible frequency instabilities. / Estudamos a dinâmica em frequência da radiação emitida por lasers semicondutores submetidos a diferentes condições de realimentação ótica e demonstramos como é possível o controle da frequência de emissão pelo uso das diferentes configurações exploradas. No primeiro sistema estudado, um laser semicondutor é realimentado por luz com polarização ortogonal á de saída, filtrada espectralmente por vapor atômico de césio. Além de apresentar uma técnica efetiva para estabilização da frequência laser e redução de largura de linha, esse foi o primeiro sistema a exibir regimes de biestabilidade e multiestabilidade ótica exclusivamente em sua frequência, ou seja, com amplitude constante. Essa característica única abre caminho para aplicações desta técnica em dispositivos lógicos FM do tipo tudo ótico . O aparecimento desses regimes é analizado através de um modelo fenomenológico e, para o caso biestável, construímos também um modelo de equações de taxa, onde levamos em conta efeitos térmicos e de saturação de ganho no laser semicondutor. Como aplicação dessa técnica apresentamos o funcionamento de uma chave em frequência do tipo tudo-ótico , a primeira deste gênero. O segundo sistema experimentalmente investigado foi concebido para produzir um comportamento dinâmico da frequência de um laser semicondutor com cavidade estendida quando um filtro atômico é posicionado dentro dessa cavidade. Para diferentes valores da corrente de injeção observamos o travamento da frequência laser na linha atômica, biestabilidade e instabilidades não aleatórias.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O objetivo do presente trabalho foi avaliar in vivo a detecção de cárie através do exame visual ICDAS, transiluminação por fibra ótica combinado ao ICDAS e exame radiográfico. Um total de 2.279 superfícies proximais e cicatrículas e fissuras em incisivos superiores, pré-molares e molares permanentes e 272 superfícies em molares decíduos em72 escolares (8 a 18 anos) foram avaliadas por um examinador treinado. Os sete escores para detecção de cárie primária do sistema visual ICDAS foram aplicados. Dois equipamentos de transiluminação por fibra ótica foram avaliados: FOTI Schott (SCH), com ponta de fibra ótica com 0,5mm de diâmetro, e FOTI Microlux (MIC), com diâmetro da ponta 3 mm. Durante o exame combinado FOTI/ICDAS, a fibra ótica era utilizada tanto para iluminar quanto para transiluminar a superfície sob avaliação. O exame radiográfico (RX) consistiu de radiografias interproximais posteriores e periapicais anteriores. Os exames foram realizados em consultório odontológico após escovação supervisionada. No primeiro dia de exame, o exame visual utilizando o ICDAS era realizado e em seguida, o exame combinado ao MIC ou SCH. Logo após era realizado o exame radiográfico. Após uma semana, novamente o ICDAS era realizado, e em seguida o exame combinado com o equipamento de FOTI não utilizado na semana anterior. Os exames foram repetidos em 10 pacientes após intervalo mínimo de uma semana para avaliação da reprodutibilidade intra-examinador, a qual apresentou valores de 0,95 (ICDAS), 0,94 (MIC), 0,95 (SCH) e 0,99 (RX) pelo kappa ponderado. Em cicatrículas e fissuras de permanentes, o RX julgou que um número maior de superfícies apresentava lesão em dentina (53) do que os outros métodos (34 a 36); porém não detectou nenhuma lesão em esmalte, as quais foram identificadas pelo ICDAS (94), SCH (107) e MIC (91). Em proximais permanentes, a transiluminação por fibra ótica identificou maior número de proximais como lesão em esmalte - 150 (SCH) e 139 (MIC) - do que o exame visual (106), enquanto o RX identificou somente 43. Em oclusais de decíduos, os quatro métodos julgaram um número aproximadamente similar de superfícies sem lesão (52 a 59) ou com lesão em dentina (21 a 26), assim como para lesões proximais em dentina (31 a 36). Entretanto um número reduzido de lesões proximais decíduas em esmalte foi julgado pelo exame radiográfico (3) em comparação com os outros métodos (15 a 16). Em decíduos, o ICDAS e o FOTI combinado ao exame visual julgaram maior número de lesões proximais em esmalte que o exame radiográfico, sendo que número similar de lesões em dentina foram classificadas pelos quatro métodos em oclusais e proximais de molares decíduos. Em cicatrículas e fissuras de permanentes, tanto o exame visual ICDAS quanto sua combinação aos dois equipamentos de transiluminação apresentaram maior similaridade de superfícies julgadas como lesão em esmalte ou como lesão em dentina, enquanto o exame radiográfico classificou mais superfícies como lesão em dentina e nenhuma como lesão em esmalte. A adição da transiluminação por fibra ótica ao exame visual aumentou em um terço a detecção das lesões cariosas proximais julgadas em dentina pelo ICDAS isoladamente e aproximadamente quadruplicou o número daquelas assim classificadas pela avaliação radiográfica em permanentes. / The aim of this in vivo study was to assess the ICDAS visual method, combined ICDAS/fiber optic transillumination and bite wing radiographs. A total of 2,279 pits and fissures in upper incisors, pre-molars and molars permanent surfaces and 272 primary molars surfaces in 72 patients (aged 8 to 18 years-old) were assessed by an trained examiner. The seven scores for coronal primary caries detection criteria from ICDAS visual criteria were applied. Two fiber optic transillumination devices were assessed: FOTI Schott, SCH, tip diameter 0,5 mm and FOTI Microlux, MIC, portable device, tip diameter 3 mm. During the FOTI/ICDAS combined exam, the fiber optic was used to illuminate and also to transilluminate the surface that was being evaluated. The radiograph examination (RX) was done by bite-wings for posterior teeth and periapical for anterior teeth. Examinations were performed using dental chair after supervised toothbrushing. In the first exam day, the visual exam using ICDAS was done followed by ICDAS combined to MIC or SCH. After that the radiograph exam was done. After one week, the ICDAS was done again followed by the FOTI that was not used the week before. The exams were repeated in 10 patients after, at least, one week of interval to evaluate the intra-examiner reproducibility , presenting weighted kappa values 0.95 (ICDAS), 0.94 (MIC), 0.95 (SCH) and 0.99 (RX). In permanent pits and fissures surfaces, RX deemed a greater number of surfaces presenting dentin lesions (53) than the other methods (34 to 36). However no enamel lesion was detected which were identified by ICDAS (94),SCH (107) and MIC (91). For permanent approximal surfaces, the fiber optic transillumination identified a greater number of approximal surfaces as having enamel lesions - 150 (SCH) and 139(MIC) - than visual exam (106), while RX identified only 43. For primary occlusal surfaces, the four methods deemed a similar number of surfaces without lesion (52 to 59) or with dentin lesion (21 to 26), the same for approximal dentin lesion (31 to 36). However a reduced number of primary approximal lesions were deemed by the RX (3) compared to the other methods (15 to 16). Im primary dentition, the ICDAS and FOTI combined to visual exam deemed a great number of enamel approximal lesions compared to RX, where a similar number of dentin lesions were classified by the four methods in primary occlusal and approximal surfaces. In permanent pitts and fissures, for ICDAS and FOTI/ICDAS combined, presented similarity in surfaces deemed as having enamel lesions or dentin lesions, while the radiograph exam classified a great number as having dentin lesion and no enamel lesion. Adding fiber optic transillumination to visual exam increased in one third approximal lesions deemed in dentin by the ICDAS alone and made fourfold the number of those as classified by permanent radiograph evaluation.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The aim of this work is to develop a non-contact 3D scanning robot to measure surfaces from objects of small sizes. The 3D scanner is shaped for a mechanical structure and an optic lecture system. The mechanical structure has 5 degrees of freedom. Such system is composed by two kinematic chains used to move the laser sensor and the workpiece respectively. The lecture system is derived from a laser sensor, based on 3D active triangulation technique that acquires the surface workpiece data. This technique assurance the scanning of the workpiece surface with reduced dimensional errors and consequently it makes possible the use less data points. Therefore it is achievable the fast data processing to reverse engineering method. In order to analyze its kinematics and dynamic model, its workspace, error analysis, and efforts at the joints, methods for reading the surface coordinates were proposed. For the analysis were considered the resolution and mechanical characteristics of the components used for the construction of a prototype. / O objetivo deste trabalho consiste no estudo e desenvolvimento de um digitalizador tridimensional robótico que será empregado para adquirir as dimensões superficiais de objetos de tamanho reduzido. O digitalizador é composto por uma estrutura mecânica e um sistema de leitura ótico. A estrutura mecânica do digitalizador possui 5 graus de liberdade e é composta por duas cadeias cinemáticas acopladas cinematicamente, onde uma delas é utilizada para movimentar o sensor laser e a outra para movimentar o objeto. O sistema de leitura é composto por um sensor laser que é baseado no método da triangulação ativa espacial para adquirir as medidas superficiais do objeto. Neste trabalho é utilizado o método da triangulação espacial porque ele garante o acompanhamento superficial do objeto para diminuir os erros nas medições, facilita a redução da quantidade de dados, facilitando o processamento de dados nas tarefas de engenharia reversa. Para permitir analisar os modelos cinemático e dinâmico, com o conseqüente estudo de seu espaço de trabalho de leitura, análise de erros, e dos esforços nas articulações, foram propostas metodologias de leitura da superfície do objeto. Para as análises foram consideradas as características mecânicas e de resolução dos componentes utilizados para a construção de um protótipo. / Doutor em Engenharia Mecânica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho foi proposto o monitoramento do processo de cura e fotocura de resinas epóxi através da Espectroscopia Fotoacústica. Nos experimentos, foram utilizados dois tipos de resinas epóxi: A resina Epoxtec 331, com o endurecedor DER 24, e a resina fotocurada EBECRYL 3720-TP25, com o fotoiniciador OMNIRAD 808. Foram utilizados dois modelos de células fotoacústicas: uma baseada na técnica de diferença de fase dos dois feixes (T2F); e outra convencional. São apresentadas as montagens experimentais desenvolvidas para os monitoramentos da cura e fotocura das resinas. O estudo foi realizado monitorando o sinal fotoacústico fazendo varredura em comprimentos de onda. Também foi monitorado o sinal fotoacústico em função do tempo durante as curas e fotocuras. Foi estudado o efeito de luz saturante, não modulada, nos processos de fotocura. Tanto a amplitude quanto a fase do sinal fotoacústico revelaram-se boas ferramentas para o monitoramento proposto. Apesar de muitos dos efeitos encontrados, nos estudos realizados, ainda não terem explicação, o presente trabalho mostrou a potencialidade da espectroscopia fotoacústica para esta área de pesquisa. / In this work it was proposed the monitoring of the cure and photocuring of epoxy resins by Photoacoustic Spectroscopy. In the experiments, two types of epoxy resins were used: the resin Epoxtec 331,with the hardener DER 24; and the resin EBECRYL 3720 - TP25, with the photoinitiator 808 OMNIRAD. Two models of Photoacoustic cell were used: one based on two-beam phase-lag technique (T2F); and a conventional one. The developed set-ups for monitoring of cure and photocuring of epoxy resins are presented. The study was carried out with monitoring the photoacoustic signal on the wavelengths scan. Also the photoacoustic signal as a function of time was observed during the cure and photocuring. The effect of unmodulated saturating light was studied in the processes of photocuring. Both the amplitude and the phase of the photoacoustic signal proved to be good tools for the proposed monitoring. Although many of the effects found in these studies have not yet been explained, the present study showed the potential of photoacoustic spectroscopy to this area of research.

Investigamos as propriedades quânticas conjuntas dos três feixes intensos de luz produzidos por um oscilador paramétrico ótico (OPO) operando acima do limiar, denominados bombeio, sinal e complementar. Analisamos experimentalmente as flutuações quânticas de intensidade e fase destes feixes, e como se correlacionam. Observamos pela primeira vez a presença de correlações quânticas entre as fases dos três campos. O ruído observado na soma das fases de sinal e complementar, Vq12=1,28(3)>1, passa a apresentar compressão de ruído após ser corrigido pelas flutuações de fase do feixe de bombeio, resultando em (Vq12)\' =0,84(3)<1. Para potências mais altas de bombeio, observamos também a existência de correlações quânticas diretamente entre as amplitudes do feixe de bombeio e um dos feixes convertidos (sinal ou complementar); a máxima compressão de ruído medida correspondeu a Vp02=0,86(3)<1. Estendemos nosso estudo às propriedades de emaranhamento deste sistema tripartite, para tanto utilizando dois critérios distintos. Nossos dados apontam a separabilidade do sistema no regime de operação estudado, em contradição com o modelo teórico. Utilizando o critério de emaranhamento de P. van Loock e A. Furusawa, obtivemos os seguintes valores para as combinação de variâncias que comprovariam a inseparabilidade caso fossem menores que 2: V0=1,29(5)<2, V1=2,04(11)>2 e V2=2,09(7)>2. Com relação ao segundo critério de separabilidade, positividade sob transposição parcial, obtivemos os seguintes autovalores simpléticos a partir da matriz de covariância medida: A0=0,94(8) e A1=0,36(6)<1, em que o emaranhamento seria evidenciado caso A0<1 e A1<1. Esta discordância com a previsão teórica está relacionada a um ruído clássico espúrio observado no sistema, cujas características são levantadas nesta tese. Nossa análise indica os rumos a serem seguidos para a observação do emaranhamento. Mostramos teoricamente que o emaranhamento tripartite previsto pode ser utilizado como recurso para a criação de um sistema emaranhado multipartite. Para tanto, diversos OPOs são utilizados em uma configuração em cadeia, na qual o feixe de bombeio refletido pelo primeiro OPO serve de bombeio para o segundo e assim sucessivamente. Este esquema permite a geração de uma rede quântica multicolor escalável. Por fim, descrevemos a construção de um laser de Ti:safira que representa o primeiro passo na integração entre luz não-clássica e física atômica a ser investigada em nosso laboratório. Este laser pode ser utilizado, ao mesmo tempo, como bombeio do OPO e de uma nuvem de átomos. O emaranhamento tripartite gerado no OPO estabeleceria a conexão destes últimos com os feixes convertidos, cujos comprimentos de onda possibilitariam a transmissão direta destes feixes de luz através de fibras óticas comerciais de telecomunicação. / We have investigated the collective quantum properties of the three bright light beams produced by an optical parametric oscillator (OPO) operating above threshold, named pump, signal, and idler. We have analyzed experimentally their intensity and phase quantum fluctuations, and how they are correlated. For the first time, we have observed the existence of phase quantum correlations among the three beams. The measured phase-sum noise between signal and idler, Vq12=1,28(3)>1, presents squeezing when corrected by the phase fluctuations of the pump beam, resulting in (Vq12)\'=0,84(3)<1. For higher pump powers, we have observed the existence of amplitude quantum correlations directly between pump and one of the downconverted beams (signal or idler); the maximum measured squeezing level corresponded to the noise Vp02=0,86(3)<1. Our investigations included the entanglement properties of this tripartite system, tested by two different criteria. Our data points to the separability of the system in the accessible regime of operation, in contradiction with the theoretical predictions. Applying the criterion by P. van Loock and A. Furusawa, we have obtained the following values of combinations of variances which would attest the inseparability in case values smaller than 2 would be obtained: V0=1,29(5)<2, V1=2,04(11)>2, and V2=2,09(7)>2. For the second criterion, the positivity under partial transpose, we have obtained the following symplectic eigenvalues calculated from the measured covariance matrix: A0=0,94(8) and A1=0,36(6)<1, where entanglement is attested in case A0<1,and A1<1. This discrepancy with the theoretical prediction is caused by a classical spurious noise observed in the system, which characteristics are investigated in this thesis. Our analysis indicates the path to successfully observe tripartite entanglement. We show theoretically that the predicted tripartite entanglement can be employed as a resource for the construction of a multipartite entangled system. This is accomplished by pumping several OPO\'s with the same optical field, such that the pump beam reflected by the first OPO is utilized to pump a second one, and so on. This scheme allows the generation of a multicolor scalable quantum network. Finally, we describe the construction of a Ti:sapphire laser which represents the first step in the integration between non-classical light and atomic physics to be investigated in our laboratory. This laser could be employed at the same time to pump an OPO and to interact with a cloud of atoms. The tripartite entanglement produced by the OPO could then entangle the atoms to the downconverted beams, which wavelength would allow the transmission of these beams through commercial optical fibers for telecom.

Neste trabalho estudamos teórica e experimentalmente o efeito de Conjugação de Fase por Mistura Degenerada de Quatro Ondas (CFMD40) e Modulação Transversal de Fase em cristais dopados com Cr+3. Estudamos a CFMD40 em Al2O3:Cr+3 (rubi) e GdAlO3:Cr+3 com um laser de Ar (em &#955;=514nm) obtendo um bom acordo entre os resultados experimentais e os teóricos (nestes cálculos usamos os valores de n2 de um trabalho anterior [1]). O modelo teórico que fizemos explica muito bem o comportamento de saturação da eficiência da CFMD40 que não era compreendido em trabalhos anteriores [47,48.2]. Usando os mesmos valores de n2 obtivemos um bom acordo entre os resultados experimentais e teóricos para o efeito de Modulação Transversal de Fase. Também fizemos um modelo teórico para o efeito de Modulação Transversal de Fase em CFMD40 que explica nossas observações [2]. A não linearidade destes materiais foi investigada usando-se três técnicas experimentais diferentes [1.2] e por dois outros grupos [61.62] (para o rubi) através de mistura de duas ondas não degeneradas. Todas estas medidas estão em bom acordo. Na alexandrita (BeAl2O 4:Cr+3) estudamos o espectro de &#967;(3) (ou n2) em ressonância das linhas R. Nos atribuímos a forma assimétrica do espectro como sendo oriunda de duas contribuições para susceptibilidade, onde um termo é devido a interação ressonante com o sistema de dois níveis e o outro devido a mudança de polarizabilidade causada pela população do estado excitado (esta é a primeira vez que este efeito foi observado). / In this work we studied theoretical and experimentally the effects of Phase Conjugation by Degenerate Four Wave Mixing and Transversal Phase (PCD4WM) Modulation in Cr+3 doped crystals. We studied the PDC4WM in Al2O3:Cr+3 (ruby) and GdAlO3:Cr+3 with on Ar laser (at &#955;= 514 nm) and obtained a good agreement between our experimental and theoretical results (in these ca1culations we used the nonlinear refractive index n 2 values from a previous paper [1]. The theoretical model that we developed explains very well the saturation behaviour of the PDC4WM efficiency that was not understood in previous papers [47.48,2]. These values of n2 are also in good agreement with our results in Transverse Phase Modulation. We also developed a theoretical model for the effect of Transverse Phase Modulation in PCDFWM that explains our observations [2]. The nonlinearity ?n IND.2? from these materials was investigated by us using three different techniques [1.2], by other two groups [61.62] (for the ruby) in nondegenerate two-wave mixing and all those measurements are in good agreement. In alexandrite (BeAl2O4:Cr +3) we studied the &#967;(3) (or n2) spectrum in resonance with the R lines. We attributed the asymetric shape of the spectrum by the effect of two differents contributions, one term due to the resonant interaction of the two-level system and the other due to the polarizability change caused by excited state population (this is the first observation of this kind of effect.

Neste trabalho estudamos algumas interações entre átomos de Rydberg em uma armadilha ótica de dipolo do tipo QUEST. Com esta armadilha obtemos uma amostra de 1,2 &times; 106 átomos de 85Rb no estado fundamental, à uma densidade de &#8764; 1012 átomos/cm3 e temperatura média de 60 &micro;K. Os átomos de Rydberg foram preparados utilizando uma transição de dois fótons a partir do estado fundamental 5S1/2, passando pelo estado intermediário 5P3/2 e em seguida para o estado de Rydberg desejado. Estudamos a interação entre pares de átomos, em diferentes níveis energéticos, através de duas técnicas diferentes. Na primeira, monitoramos os efeitos de transferência de população em estados nD oriundas de uma ressonância Förster. Estudamos a ressonância nD5/2 + nD5/2 &rarr; (n+2)P3/2 + (n2)F7/2 onde 37 &le; n &le; 47, em função da densidade da amostra atômica; e para o estado 37D5/2 manipulamos a mesma ressonância com a aplicação de um campo elétrico externo. Os resultados mostraram que este é um processo binário, evidenciado pela dependência quadrática da população no estado produto com relação ao estado excitado. Num outro experimento, estudamos a interação entre estados nS através do monitoramento, e controle, do efeito de bloqueio de excitação. Aqui mostramos que é possível controlar as interações interatômicas em uma amostra quasi-unidimensional de átomos de Rydberg variando a orientação de um campo elétrico externo. Mostramos que ao polarizar uma amostra de átomos no estado 50S1/2 com um campo, esta passa a interagir de modo semelhante ao de dipolos elétricos clássicos, onde a interação pode ser controlada com a variação da orientação dos dipolos atômicos. Tal interação pode, inclusive, ser cancelada quando os dipolos elétricos são alinhados em um ângulo de 54,7&deg; com relação ao eixo internuclear. / In this work we have studied some interactions between Rydberg-atoms in a QUEST type optical dipole trap. With this trap we obtained a sample of 1,2 &times; 106 85Rb atoms in the ground state, in a density of &#8764; 1012 atoms/cm3 and average temperature of 60 &micro;K. The Rydberg-atoms were prepared using a two-photon transition from the ground state 5S1/2, through an intermediate state 5P3/2 and then to the desired Rydberg state. We have studied interactions between pairs of atoms at several energy levels, using two different techniques. In the first one, we have monitored the effects of the population transfer in nD states derived from a Förster resonance. We have studied the resonance nD5/2 + nD5/2 &rarr; (n + 2)P3/2 + (n 2)F7/2 for states of 37 &le; n &le; 47 as a function of of the samples atomic density. For the 37D5/2 state we have also manipulated the same resonance with the application of an external electric field. Our results have shown that this is a binary process, indicated by the quadratic dependence of the transferred population in relation with the excited state. In another experiment, we have studied the interaction between nS1/2 states by monitoring, and controlling, the excitation blockade effect. Here we have shown that it is possible to control the inter-atomic interactions in a quasi-one-dimensional sample of Rydberg-atoms by varying the orientation of an external electric field. We have demonstrated that when polarizing a sample of atoms, in the 50S1/2 state with a field, it starts to interact in a similar way as classic electric-dipoles, where the interaction can be controlled by varying the orientation of the atomic dipoles. Such interaction may even be canceled when the electric dipoles are aligned at an angle of 54,7&deg; related to the internuclear axis.

Orientador: Carlos Lenz Cesar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-17T16:12:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pelegati_VitorBianchin_M.pdf: 3778666 bytes, checksum: d19d947cc4b4206345d5c2da244362d6 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Biologia celular é um novo mundo promissor com enorme impacto social, econômico e na saúde. Organismos vivos são capazes de, produzir a própria energia a partir da luz do sol, se reproduzir, de se auto-reparar, sinalizar e navegar por sinais bioquímicos, biomecânicos, luminosos, térmicos, e outros, e produzir materiais à temperatura ambiente. As possibilidades abertas por essa área incluem, desde bactérias e protozoários usados para destruir células de câncer, regeneração de órgãos inteiros, produção de etanol a partir de algas, e outros. Entretanto, para o entendimento da biologia em seu nível mais profundo, ferramentas de observação não destrutivas fazem-se necessária para seguir os processos celulares durante seu tempo de vida. A óptica tem a única onda não destrutiva capaz de fornecer informações em tempo real com suficiente resolução espacial de eventos acontecendo internamente à célula. Ademais, porque feixes de luz não colidem, a óptica permite a integração de diferentes técnicas capazes de reunir informações simultâneas de processos celulares. Óptica não linear é especialmente adequada para tal, pois não requer marcação ou processamentos especiais de amostras que poderiam destruir, ou modificar, os processos celulares. Além disso, técnicas elásticas, como a geração de segundo e terceiro harmônicos não liberam energia no material que é, portanto, preservado após a observação. O objetivo dessa tese é desenvolver uma plataforma multimodal para observação de processos biológicos pelo uso de microscopias de fluorescência excitada por absorção de dois fótons, geração de segundo harmônico e geração de terceiro harmônico no mesmo instrumento. Nosso grupo foi pioneiro em demonstrar a aquisição de imagens de geração de segundo harmônico no Brasil e, essa tese é a primeira a realizar a aquisição de imagens por geração de terceiro harmônico. Estas três técnicas juntas fornecem informações complementares a respeito da organização de células e tecidos. Enquanto a fluorescência pode ser específica para algumas proteínas alvo, o segundo harmônico pode observar a rede de colágeno da matriz extra celular e, o terceiro harmônico pode observar os núcleos e gotículas de lipídios internas às células. Esta tese descreve o sistema experimental para realizar essas aquisições multimodais de imagens, a física por trás dos sinais não lineares, importantes para entender seu significado biológico, e mostra aplicações das técnicas para diferentes amostras biológicas e inorgânicas / Abstract: Cell biology is promising a brave new world with enormous social economic and health impacts. Living organisms are capable of producing their own energy from sun light, reproduce, self-repair, signalize and travel in response to biochemical, biomechanical, light and thermal signals among others, and to produce materials at room temperature. The possibilities opened by this area range from bacteria and protozoa used to destroy cancer cells, whole organs regeneration, ethanol produced from algae, and others. However, to actually understand biology at its deepest level no destructive observation tools are necessary to follow cell processes during their time course. Optics is about the only wave capable to provide non destructive real time information with enough spatial resolution of the events happening inside the cells. Moreover, because light beams do not collide, optics allows the integration of different techniques capable to gather simultaneous information during a cell process. Non linear optics is specially suited for that in the sense that it does not require staining or special sample processing that would destroy, or change, the process. Besides, elastic techniques such as second and third harmonic generation do not release energy at the material which is therefore preserved after the observation. The objective of this thesis is to develop a multimodality platform for biology process observation by using Two Photon Excited Fluorescence, Second Harmonic Generation and Third Harmonic Generation Microscopy with the same instrument. Our group was the first one to demonstrate the acquisition of Second Harmonic Generation images in Brazil and this thesis is the first one to perform the acquisition of third harmonic generation images. These three techniques together provide complementary information respect to cell and tissue organization. While fluorescence can be specific target to some proteins, second harmonic can observe the collagen network of extra cellular matrix and the third harmonic can observe the nucleus and lipid droplets inside the cells. This thesis describe the experimental setup to perform these multimodal image acquisition, the physics behind the non linear signals, important to understand their biological mean, and shows applications of these techniques for different biological and inorganic samples / Mestrado / Física / Mestre em Física