Orientador: Flavio Caldas da Cruz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T02:29:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CavassoFilho_ReinaldoLuiz_D.pdf: 9595326 bytes, checksum: 91354a90233453257da030ae6ed97640 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: 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 descarga / Abstract: 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 curves / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Flavio Caldas da Cruz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T18:29:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Manoel_DanieladeAndrade_D.pdf: 3041462 bytes, checksum: 7c1e64a45505d48560d2b1c08bcb85ff (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de duas fontes laser na região violeta do espectro para serem usadas em espectroscopia atômica e aprisionamento de átomos de Cálcio. Ambas as fontes são baseadas em lasers de semicondutor com a frequência duplicada. Uma delas utiliza um laser com cavidade estendida e frequência duplicada por um cristal de niobato de potássio colocado em uma cavidade amplificadora. O laser emite em apenas um modo longitudinal com largura de linha estreita (<1 MHz) e pode ser sintonizado continuamente dentro de intervalos de 800 MHz. O ruído de amplitude deste laser está próximo do nível "shot" para frequências acima de 1MHz. Um total de 18 mW de potência útil em ¸ l = 423nm é obtido deste sistema. Esta luz foi utilizada para a desaceleração de átomos de Cálcio de um feixe atômico, posteriormente aprisionados em uma armadilha magneto óptica. A outra fonte de luz violeta é composta de um amplificador semicondutor óptico injetado por uma fração da luz do laser de cavidade estendida. Com a injeção óptica, o amplificador apresenta emissão laser com as mesmas características espectrais do laser injetor, porém com uma potência maior. Este sistema fornece 54 mW de luz em ¸ l = 423 nm / Abstract: This work presents the development of two violet laser sources to be used mainly in atomic spectroscopy and cooling and trapping of Calcium atoms. Both sources are based on frequency doubled semiconductor lasers. One of them uses an extended cavity semiconductor laser, whose frequency is doubled by a potassium niobate crystal placed in a power enhancement cavity. The laser emits in a single longitudinal mode with narrow linewidth and can be continuously tuned within a 800 MHz range. The laser amplitude noise is at the shot noise level for frequencies above 1MHz. A total useful power of 18 mW at ¸ l = 423 nm is obtained from this system. This light is used to decelerate Calcium atoms from an atomic beam, which are captured by a magneto-optical trap. The other violet laser source is composed by a semiconductor amplifier optically injected by a fraction of the power of the extended cavity diode laser. With the optical injection, the amplifiers presents laser emission with the same spectral characteristics of the injecting laser, but with a higher power. Up to 54 mW of violet light is generated from this system / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Artemio Scalabrin / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T19:37:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomide_JoaoVictorBoechat_D.pdf: 14864090 bytes, checksum: f7e0077acaaf65ae9353e6bdeda0a6b8 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Esta tese discorre sobre trabalhos realizados com feixes atômicos de magnésio e cálcio. Tendo como fio condutor as aplicações metrológicas destes átomos, reporta uma série de experimentos feitos com o intuito final de melhorar o protótipo do padrão atômico de tempo e frequência de magnésio existente, e de viabilizar a realização de relógios atômicos com estes elementos químicos nas quatro transições propostas. Ela descreve a construção de um sistema de feixe atômico que produz átomos no estado fundamental ou em uma mistura de estados fundamental e metaestável, os espectros de emissão da região de excitação do feixe por colisão elétron-átomo, e medidas da densidade de átomos no primeiro tripleto metaestável do cálcio. A montagem, estabilização e sintonização de sistemas de lasers de diodo duplicados em freqência são mostradas, assim como as medidas feitas em feixes atômicos de magnésio e cálcio, e posteriores aplicações. Os experimentos de bombeamento óptico no tripleto metaestável destes átomos em feixes são estudados, e o impacto que estas medidas deverão ter na melhoria dos padrões destes elementos é enfatizado. A colimação de um feixe resfriado de cálcio é apresentada. A possibilidade de desacelerar o feixe metaestável de magnésio é demonstrada experimentalmente e as razões do insucesso de realizar o mesmo esquema com o cálcio são discutidas. A aplicação da desaceleração do feixe de magnésio para produzir um padrão atômico com átomos lentos é descrita / Abstract: This thesis relates the works done with atomic beams of magnesium and calcium. Having as logical background the metrological applications of these atoms, it relates the series of experiments realized with the final scope of improving the magnesium atomic frequency and time standard protototipe, and to viabilize the realization of atomic clocks with these chemical elements in the four proposed transitions. It describes the construction of an atomic beam system that produces atoms in the ground state or in a mixture of fundamental and metastable states, the emission spectra of the excitation region by electron-atom collision, and measurements of the density of atoms in the first metastable triplet of calcium. The assembling, stabilization and sintonization of frequency doubled diode laser systems are shown, as well as the measurements done in magnesium and calcium beams, and future applications. Optical pumping measurements of the metastable triplet of these atoms in beams are studied, and the impact of these measurements in future improvements of frequency standards is discussed. The cooled beam collimation is presented. The possibility of decelerating a magnesium metastable beam is demonstrated and the reasons of the insuccess to use this scheme with calcium is discussed. The applications of decelerating a magnesium beam to realize a slow-atom standard frequency are described. / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: Arnaldo Naves de Brito / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T17:45:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coutinho_LuciaHelena_D.pdf: 12958301 bytes, checksum: d03d95db8e1450f541121cc8a86cdd39 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Este trabalho apresenta estudos em física atômica e molecular, tanto teóricos quanto experimentais. Foram realizados cálculos de forças de osciladores ponderadas para os seguintes íons de silício: Si I, Si XI, Si XII e Si XIII. Estes cálculos são realizados em uma aproximação relativística multiconfiguracional Hartree-Fock. Os parâmetros eletrostáticos foram otimizados por um procedimento de mínimos quadrados, para um melhor ajuste com dados experimentais de níveis energéticos e comprimentos de onda de transições. Um outro trabalho na área de física atômica foi a construção de um novo espectrômetro de massa por tempo de vôo para medidas de momento de recuo de íons em átomos resfriados com laser, após fotoionização por radiação síncrotron. Este é um trabalho pioneiro que abre uma nova linha de pesquisa. Com este equipamento foram realizadas medidas de momento de recuo em íons Cs + , e foi possível também a obtenção do parâmetro de assimetria b para as energias estudadas, entre 13 e 40 eV. Os estudos em física molecular compreenderam medidas de multicoincidência elétron-íon (PEPICO ¿ PhotoElectron-PhotoIon COincidence) e elétron-íon-íon (PEPIPICO ¿ PhotoElectron-PhotoIon-PhotoIon COincidence) em N2 e O2 próximas aos limiares de ionização N 1s e O 1s, respectivamente. Espectros de produção total de íons também foram obtidos para estas moléculas. Foram realizadas também medidas de coincidência elétron-íon (PEPICO) para alguns aminoácidos em sua forma gasosa pela primeira vez / Abstract: This thesis comprises atomic and molecular physics studies, both theoretical and experimental. Weighted oscillator strengths and lifetimes were calculated for the following silicon ions: Si I, Si XI, Si XII and Si XIII. The calculations were carried out in a multiconfiguration Hartree-Fock relativistic aproach. The eletrostatic parameters were optimized by a least-squares procedure in order to improve the adjustment to experimental energy levels and transitions wavelengths. Another work in the atomic physics area was the construction of a new time-of-flight spectrometer to measure ion recoil momentum in laser-cooled atoms, after photoionization by synchrotron radiation. This is a pioneering work that opens up a new research area. With this equipment ion recoil momentum were measured for the Cs + ion, and it was possible to determine the b assymetry parameter in the energy range studied, 13 to 40 eV. The molecular physics studies comprised multicoincidence measurements (PEPICO and PEPIPICO) in N2 and O2 near the ionization thresholds N 1s and O 1s, respectively. Total Ion Yield (TIY) spectra were also obtained for these molecules. Coincidence spectra (PEPICO) for some aminoacids in their gas phase were also taken for the first time / Doutorado / Física / Doutor em Ciências