Orientador: Artemio Scalabrin / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-24T01:13:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 WoehlJunior_Germano_D.pdf: 1854470 bytes, checksum: ed7213ccabc2b7a76b1070282fd312c4 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Neste trabalho, são apresentados os resultados da desaceleração de um feixe atômico de cálcio utilizando um laser de diodo com frequência dobrada. O laser de diodo utilizado tem uma potência de saída de 150 mW para corrente máxima de injeção de 160 mA. O cristal não linear utilizado para geração de segundo harmônico é o KNbO3 com casamento de fase não crítico do tipo I. Para gerar segundo harmônico em l = 845 nm, o casamento de fase ocorre em T=-15 ºC. O sistema para dobrar a frequência do laser de diodo foi desenvolvido no laboratório, com o cristal não linear inserido numa cavidade passiva com o modo do laser de diodo é obtido utilizado a técnica de Hãnsen-Couillaud. Para uma potência incidente de 70 mW do laser de diodo em l = 422,6 nm e o efeito Doppler foi compensado pela técnica do efeito Zeerman. O gradiente apropriado do campo magnético foi produzido por uma bobina magnética com Bmax = 825 Gauss. As evidências da desaceleração do feixe atômico de cálcio com o laser de diodo de frequência dobrada contrapropagante foram obtidas monitorando a fluorescência ao longo do feixe atômico. São também analisados os efeitos da intensidade e polarização do feixe de laser no processo de desaceleração / Abstract: This work presents the results of a calcium atomic bean deceleration using a frequency-doubled diode laser. The diode laser produces single-mode output power of 150 mW at a maximum injection current of 160 mA. The nonlinear crystal used for second harmonic generation is the KnbO3 by noncritical and type I phase matching process. For l =845 nm the phase matching occur at T = - 15° C. The doubling frequency system for the diode-laser was built at the laboratory, with the nonlinear crystal placed inside a passive optical ring cavity that enhances the laser beam power by of 70 mW produced an output of 12.5 mW at the blue light wavelength. The deceleration eletronic transition of calcium is the 'S0 ® 'P1 corresponding to l = 422.6 nm and the Doppler effect is compensed by the Zeeman effect technique. The suitable magnetic field gradient is achieved with a magnet coil that provides Bmax = 825 Gauss. Evidence of atomic beam deceleration with counterpropagating frequency-doubled diode laser beam is obtained by monitoring the fluorescence signal effects on the deceleration process / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Os fenômenos decorrentes da interação entre íons monoatômicos e a matéria têm sido amplamente estudados há décadas. No entanto, um esforço comparativamente menor tem sido despendido no estudo dos fenômenos decorrentes da interação entre feixes moleculares e a matéria, especialmente quando o alvo do feixe é um sólido cristalino. Tais fenômenos, como a transferência de energia entre o feixe e a matéria, a emissão de raios X induzidos pelos feixes e a geração de produtos de reação nuclear sofrem importantes modificações no caso de feixes moleculares. Essas alterações estão longe de ser explicadas por uma simples soma dos efeitos causados pelos componentes individuais do aglomerado iônico. Em particular, no caso de interação com sólidos cristalinos, a fragmentação dos aglomerados causada pela explosão coulombiana causa importantes efeitos sobre o fluxo de íons ao longo do sólido. Finalmente, efeitos de vizinhança entre os componentes do aglomerado alteram sensivelmente o valor da energia transferida entre este e o sólido. Na descrição desses fenômenos, empregou-se, neste trabalho, de um lado, a construção de um modelo teórico para a perda de energia de aglomerados e, de outro, técnicas experimentais envolvendo contagens de retroespalhamento, indução de raios X pelo feixe de íons e geração de produtos de reação nuclear por feixes de H+, H2 + e H3 + em Si e SIMOX. Como elo entre teoria e experimento, empregaram-se simulações que descrevem a interação entre os íons moleculares e o alvo. Pela primeira vez, alterações de fluxo de íons causadas pela explosão coulombiana foram quantificadas, valores de perda de energia foram obtidos e, finalmente, uma nova expressão simplificada para a transferência de energia foi obtida. / Ion induced phenomena in matter have been studied for many decades. However, a comparatively minor effort was done in the subject of the interaction of molecular ions with the matter, especially for crystalline solid targets. Such phenomena, for instance, the energy transfer between ions and matter, the ion beam induced X ray emission and the nuclear reaction yield undergo important modifications under molecular ion bombardment. These modifications cannot be explained by the sum of effects induced by each ion component of the ionic cluster. Moreover, for the interaction between the cluster beam and crystalline solids, the cluster breakup induced by the Coulomb explosion leads to important effects in the ion flux distribution along the solid. Finally, vicinage effects among the cluster components change the energy transfer between this cluster and the solid. In order to describe those phenomena in this work, we have used, firstly, coupledchannel calculations to describe the cluster energy transfer, and developed a simple energy loss model. Secondly, backscattering, particle induced X ray emission and nuclear reaction analysis experiments have been measured for H+, H2 + and H3 + beams in Si and SIMOX targets. As a link between theory and experiments, we have performed computer simulations to describe the full interaction between the molecular ions and the target atoms. For the first time, cluster ion flux changes induced by the Coulomb explosion were quantified and, finally, a new simple expression for the cluster energy transfer was developed.

Os fenômenos decorrentes da interação entre íons monoatômicos e a matéria têm sido amplamente estudados há décadas. No entanto, um esforço comparativamente menor tem sido despendido no estudo dos fenômenos decorrentes da interação entre feixes moleculares e a matéria, especialmente quando o alvo do feixe é um sólido cristalino. Tais fenômenos, como a transferência de energia entre o feixe e a matéria, a emissão de raios X induzidos pelos feixes e a geração de produtos de reação nuclear sofrem importantes modificações no caso de feixes moleculares. Essas alterações estão longe de ser explicadas por uma simples soma dos efeitos causados pelos componentes individuais do aglomerado iônico. Em particular, no caso de interação com sólidos cristalinos, a fragmentação dos aglomerados causada pela explosão coulombiana causa importantes efeitos sobre o fluxo de íons ao longo do sólido. Finalmente, efeitos de vizinhança entre os componentes do aglomerado alteram sensivelmente o valor da energia transferida entre este e o sólido. Na descrição desses fenômenos, empregou-se, neste trabalho, de um lado, a construção de um modelo teórico para a perda de energia de aglomerados e, de outro, técnicas experimentais envolvendo contagens de retroespalhamento, indução de raios X pelo feixe de íons e geração de produtos de reação nuclear por feixes de H+, H2 + e H3 + em Si e SIMOX. Como elo entre teoria e experimento, empregaram-se simulações que descrevem a interação entre os íons moleculares e o alvo. Pela primeira vez, alterações de fluxo de íons causadas pela explosão coulombiana foram quantificadas, valores de perda de energia foram obtidos e, finalmente, uma nova expressão simplificada para a transferência de energia foi obtida. / Ion induced phenomena in matter have been studied for many decades. However, a comparatively minor effort was done in the subject of the interaction of molecular ions with the matter, especially for crystalline solid targets. Such phenomena, for instance, the energy transfer between ions and matter, the ion beam induced X ray emission and the nuclear reaction yield undergo important modifications under molecular ion bombardment. These modifications cannot be explained by the sum of effects induced by each ion component of the ionic cluster. Moreover, for the interaction between the cluster beam and crystalline solids, the cluster breakup induced by the Coulomb explosion leads to important effects in the ion flux distribution along the solid. Finally, vicinage effects among the cluster components change the energy transfer between this cluster and the solid. In order to describe those phenomena in this work, we have used, firstly, coupledchannel calculations to describe the cluster energy transfer, and developed a simple energy loss model. Secondly, backscattering, particle induced X ray emission and nuclear reaction analysis experiments have been measured for H+, H2 + and H3 + beams in Si and SIMOX targets. As a link between theory and experiments, we have performed computer simulations to describe the full interaction between the molecular ions and the target atoms. For the first time, cluster ion flux changes induced by the Coulomb explosion were quantified and, finally, a new simple expression for the cluster energy transfer was developed.

Os fenômenos decorrentes da interação entre íons monoatômicos e a matéria têm sido amplamente estudados há décadas. No entanto, um esforço comparativamente menor tem sido despendido no estudo dos fenômenos decorrentes da interação entre feixes moleculares e a matéria, especialmente quando o alvo do feixe é um sólido cristalino. Tais fenômenos, como a transferência de energia entre o feixe e a matéria, a emissão de raios X induzidos pelos feixes e a geração de produtos de reação nuclear sofrem importantes modificações no caso de feixes moleculares. Essas alterações estão longe de ser explicadas por uma simples soma dos efeitos causados pelos componentes individuais do aglomerado iônico. Em particular, no caso de interação com sólidos cristalinos, a fragmentação dos aglomerados causada pela explosão coulombiana causa importantes efeitos sobre o fluxo de íons ao longo do sólido. Finalmente, efeitos de vizinhança entre os componentes do aglomerado alteram sensivelmente o valor da energia transferida entre este e o sólido. Na descrição desses fenômenos, empregou-se, neste trabalho, de um lado, a construção de um modelo teórico para a perda de energia de aglomerados e, de outro, técnicas experimentais envolvendo contagens de retroespalhamento, indução de raios X pelo feixe de íons e geração de produtos de reação nuclear por feixes de H+, H2 + e H3 + em Si e SIMOX. Como elo entre teoria e experimento, empregaram-se simulações que descrevem a interação entre os íons moleculares e o alvo. Pela primeira vez, alterações de fluxo de íons causadas pela explosão coulombiana foram quantificadas, valores de perda de energia foram obtidos e, finalmente, uma nova expressão simplificada para a transferência de energia foi obtida. / Ion induced phenomena in matter have been studied for many decades. However, a comparatively minor effort was done in the subject of the interaction of molecular ions with the matter, especially for crystalline solid targets. Such phenomena, for instance, the energy transfer between ions and matter, the ion beam induced X ray emission and the nuclear reaction yield undergo important modifications under molecular ion bombardment. These modifications cannot be explained by the sum of effects induced by each ion component of the ionic cluster. Moreover, for the interaction between the cluster beam and crystalline solids, the cluster breakup induced by the Coulomb explosion leads to important effects in the ion flux distribution along the solid. Finally, vicinage effects among the cluster components change the energy transfer between this cluster and the solid. In order to describe those phenomena in this work, we have used, firstly, coupledchannel calculations to describe the cluster energy transfer, and developed a simple energy loss model. Secondly, backscattering, particle induced X ray emission and nuclear reaction analysis experiments have been measured for H+, H2 + and H3 + beams in Si and SIMOX targets. As a link between theory and experiments, we have performed computer simulations to describe the full interaction between the molecular ions and the target atoms. For the first time, cluster ion flux changes induced by the Coulomb explosion were quantified and, finally, a new simple expression for the cluster energy transfer was developed.

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