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 ¹S₀-¹P ₁ de Γ = (2 π)32 MHz, e o segundo com uma transição fraca entre estados singleto e tripleto ¹S₀-³P₁ de Γ = (2 π)7,5 MHz. 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 T = 600°C. O forno conta com um sistema de microtubos encarregados de colimar o feixe atômico, estes microtubos tem um diâmetro interno D ≈ 180µm e um comprimento de 8mm. 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 wr = (2π)108 MHze a divergência do feixe de α ≈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 λ=461 nm, circularmente polarizado e com uma dessintonização utilizada, após a caracterização do sistema, de Δ=(-2π)580MHz. 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=(2π)32MHz. A dessintonia dos feixes após da caracterização do sistema foi de Δ=(-2π)39MHz. 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 Tv=4.7mK e para o eixo horizontal de TH=4mK. Também foi medido o tempo de carga dos átomos na armadilha tcarga=0.15s como bombeamento óptico de estado ³P₂-³D₂. O tempo de vida foi de 0.3s e 0.03s com e sem bombeamento óptico, respectivamente. / This work presents the construction of the assembly of an experimental system for cooling strontium atoms. The construction of the system is focused on the collective scattering in atomic cold cloud and ultra cold using the Mie theory. The strontium is an element that permits two stage of cooling, the first using the strong transition between singlet states ¹S₀-¹P₁ of Γ=(2π) 32 MHz, and a second stages is the weak transition between singlet and triplet states ¹S₀-³P₁ de Γ=(2π) 7.5MHz. The objective of this work is building the system for cooling strontium atoms using the first transition. The construction of the system is presented in several parts. First is described the construction of oven as vapor source strontium, where the strontium metal is heated to Temperature Range T = 600°C. The oven has a microtubule system responsible for collimating the atomic beam, these microtubules has an internal diameter of D ≈ 180µm and a length of 8mm. After implementation of the oven system and the microtubes were measured transverse velocity profile and the divergence of the atomic beam that leaves the oven, the width value was f wr=(2π)108MHzand beam divergence value was α ≈ 4,12. The second part of the system relies on the construction of the Zeeman slower responsible for decelerating the atoms of the atomic beam using a laser beam antipropagating of λ = 461 nm nm with a circularly polarized , the detuning used after of the characterization of the system was Δ = (2π)580 MHz. Atoms felt the effects of pressure force radiative within a tube length of 0.28m to compensate the Doppler shift due to motion a of atoms used an arrangement of coils in configuration \"spin flip\" to generate the magnetic field to compensate this effect. The third and main part of the system was the construction of magneto-optical trap (MOT), the atoms coming out of the Zeeman decelerator are confined and cooled by a combination of six counterpropagating beams, three of which are retro reflected using the transition Γ = (2π)32MHz, the detuning of the beam after the characterization of the system was Δ = (-2π) 39 MHz and the opposite polarization for each pair of beam in the same direction. After the construction of the system was made the first magneto-optical trap of strontium atoms 88, the temperature of the trap was atoms to the vertical he expansion was Tv = 4.7mK and the horizontal axis TH = 4 mK 4, also was measured loading time of the atoms in the trap tcharge = 0.15s as optical pumping state ³P₂- ³D₂. The lifetime with and without optical pumping was tlife = 0.3s and tlife = 0.03s respectively.

Neste trabalho demonstramos o confinamento de átomos de sódio usando a armadilha magneto-óptica, onde os átomos foram capturados diretamente a partir da distribuição inicial do vapor atômico a uma temperatura ambiente, contido em uma célula fechada. Observamos além da nuvem de átomos aprisionados, estruturas circulares em forma de anek, que surgem devido ao desalinhamento introduzido nos feixes de aprisionamento. Estudamos o comportamento do raio do anel em função de vários parâmetros utilizados na armadilha magneto-óptica como por exemplo: gradiente de campo magnético, intensidade do laser, dessintonia e desalinhamento. Os experimentos foram realizados no regime de baixa densidade (N<10s) onde o raio do anel é independente do número de átomos aprisionados. Assim, os resultados obtidos podem ser explicados utilizando um modelo simples que leva em conta a força de vórtice dependente da coordenada radial (ou macroscópica) e as forças usuais presentes na armadilha magneto-óptica / In this work we demonstrate the confinement of neutral sodium atoms using the magneto-optical trap, where the atoms were captured directly from the low velocity tail of the room-temperature atomic vapor contained in the closed vacuum cell. We observed besides the cloud shaped, circular structures like a ring of trapped atoms that apeears when we introduce a misalignment among the trapping beams. We studied the behavior of ring radius with respect to several trapping parameters as: magnetic-field gradient, laser intensity, detuning, and misalignment. The experiments were performed in the low density regime (N<10s), so the ring radius is independent of the number of trapped atoms. Hence, the results obtained can be explained using a simple model that takes into account a radial coordinate dependent (or macroscopic) vortex force and the usual magneto-optical trap forces

Neste trabalho estudamos a absorção cooperativa de dois fótons em processos de colisão entre átomos frios de sódio aprisionados. Efeitos não-lineares exigem amostras de alta densidade para ser observados. Redesenhamos nosso sistema experimental para conseguir amostras de 1012 átomos/cm3. As principais alterações foram a construção de um desacelerador Zeeman em configuração spin-flip, a implementação de bombeamento diferencial entre o forno e a câmara principal, assim como redesenhar o forno. A fim de compreender e melhorar os processos de medição utilizamos a técnica de fotoionização nos estados 32P1/2 e 32P3/2. Com esses dados conseguimos calcular a seção transversal de ionização para cada um desses estados, que está de acordo com valores reportados na literatura. Estes resultados mostram que o novo desenho do sistema permite um grande ponto de partida para a medição da absorção de dois fótons. Uma tentativa de medir a absorção de dois fótons foi feita. Um pequeno aumento no número de íons produzidos por unidade de tempo foi observada em uma região deslocada para o vermelho de cerca de 4,5 GHz de onde inicialmente se esperava ocorrer a transição. Isto motiva a aprofundar o estudo da absorção de dois fótons, já que provavelmente essa medida seja um indício da ocorrência desse fenômeno. Assim, tanto a medição da seção de choque dos estados 32P1/2 e 32P3/2 e a tentativa de medir a absorção de dois fótons, fornecem uma base sólida para conhecer qual é a melhor maneira de obter resultados mais decisivos no que diz respeito à absorção cooperativa de dois fótons, e as vantagens do nosso sistema em futuros experimentos. / In this work we study the cooperative two-photon absorption in collisional processes between cold trapped sodium atoms. Nonlinear effects require high density samples to be observed. We redesign our experimental system to achieve samples up to 1012 atoms/ cm3 .The key changes were building a spin-flip Zeeman slower, implementing differential pumping between the oven and the chamber and changing the oven´s design. In order to understand and improve the measurement processes we did photoionization from the states 32P1/2 e 32P3/2. With this data we could calculate the ionization cross section for each of these states, which is in agreement with values reported in the literature. These results show that the new design of the system allows a great starting point for measuring of two-photon absorption. An attempt to measure the absorption of two-photon was made. A small increase in the number of ions produced per unit time was observed in a region shifted to the red of about 4.5 GHz from where we initially expected the transition to occur. This probably indicates two-photon absorption. Thus, both the measurement of cross section of states and the attempt to measure the absorption of two photons, provide a solid foundation for understanding what is the best way to obtain more decisive results with regard to cooperative absorption, and the advantages of performance of our system in future experiments.

Observamos neste trabalho o processo de mudança de estrutura fina em colisões entre átomos de 85Rb resfriados e aprisionados em uma armadilha magneto-óptica. Medimos, através da fotoionização de fragmentos atômicos gerados nessas colisões, as taxas segundo as quais os átomos deixam a armadilha induzidos por esse processo colisional. Realizamos estudos das taxas de perda com relação a intensidade do laser de aprisionamento e com a freqüência, utilizando para isso a técnica de catálise. Nossos resultados indicam que a contribuição do processo de mudança de estrutura fina para a taxa de perdas total não é dominante. Constatamos que a estrutura hiperfina desempenha um papel importante na dinâmica colisional e na determinação dos valores das taxas. Interpretamos nossos resultados através de um modelo semi-clássico, sendo que este foi incapaz de explicar todos os efeitos observados. Propusemos algumas explicações qualitativas para as discrepâncias observadas. Acreditamos que nossos resultados devam servir de estímulo para novos trabalhos teóricos nesta área. / We report the observation of trap-loss collisional rates due to fine structure changing collisions between cold and trapped 85Rb atoms. We have measured, by photoionization of the atomic fragments in 5P1/2 state originated in these collisions, the rates through the atoms leave the trap induced by this loss mechanism. We carried out experiments to determine the rate dependence with the intensity of the trapping laser, and with the frequency, using the catalisys technique. We also measured the contribution of this process to the total trap-loss rate and determined that fine structure changing is not the dominant loss mechanism. It was also observed that the hyperfine structure plays an important role in the rate behavior. We compared our results with those given by a semiclassical theoretical approach, the Gallagher-Pritchard model, and some disagreements were observed. We proposed some arguments to explain these discrepancies. We believe that such results should stimulate theoretical work on this field.

Utilizando cristais de KCl:SH- dopados com centros F2+ na ausência de centros F e F2, permitiu-nos estudar o Dicroísmo Circular Magnético (DCM) em absorção das transições 1s ?g(493?m) e 1s ?g - 2py?w (509 ?m) como função do campo magnético de 0 < H < 48 KG e temperatura entre 1.5 < T < 77K. A transição 1s ?g, 2p? (1.4 ?m) em absorção não apresentou DCM dentro do limite de detecção de nosso equipamento (1.2 X 10-4); o mesmo aconteceu com a transição (2p?w- 1s ?g) em emissão (1.2 X 10-4). Irradiando com luz polarizada na banda ?, os centros F2+ se .reorienta ao longo da direção [110] em até 1.5 K, apresentando uma forte birrefringência. Medidas em absorção com centros F2+ alinhados em várias geometrias, permitiu estudar a contribuição ao DCM de cada orientação do defeito. Apresentamos um modelo teórico em bom acordo com os resultados experimentais. Utilizando uma técnica de Detecção óptica de EPR, determinamos o fator de Landé para o estado fundamental (g =1.965 ± 0.007) e o tempo de relaxação spin-rede do estado fundamental a H = 3.2 KG, que é típico do processo direto T1-1 = 4.3 X 10-2cotgh(g?H/2kT). / Using KCl:SH- doped with F2+ centers without F and F2, we studied the Magnetic Circular Dichroism (MCD), in absorption of yhe transition 1s ?g(493?m) and 1s ?g - 2py?w (509 ?m) as a function of the magnetic field 0 < H < 48 KG and temperature 1.5 < T < 77K. The transition 1s ?g, 2p? (1.4 ?m) does not present any MCD within the limit of detection of our equipament (1.2 X 10-4); No dichroism has been observed in emission in the 2p?w- 1s ?g transition (1.2 X 10-4). F2+ centers reorient along the [110] direction down to 1.5 K by polarized light excitation in the ? bands and present a strong birefringence. Measurements in absorption with aligned F2+ in various geometry allows as to determine the contribution of each orientation to the DCM. A theorical model is presented in good agrement with the experimental results. The optical detection of the EPR in X-band give the Landé factor af the graund state is g =1.965 ± 0.007) and the spin-lattice relaxation measured at H = 3.2 KG is typical of a direct process T1-1 = 4.3 X 10-2cotgh(g?H/2kT).

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo586_1.pdf: 964744 bytes, checksum: 8e8c2ad59ecc41635a23725c07ee9ffb (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A interação entre a luz e a matéria pode dar origem a interessantes fenômenos não lineares. Entre eles, o processo da mistura de quatro ondas (MQO), que corresponde à geração de um quarto campo de luz quando três campos de luz incidem em um meio não linear, é um dos mais estudados na óptica não linear. Neste trabalho investigamos, experimental e teoricamente, o processo da MQO em uma amostra de átomos de césio esfriados e aprisionados em uma Armadilha Magneto-Óptica (AMO). Para realizar a experiência, preparamos uma nuvem densa de átomos no nível hiperfino F = 3 do estado fundamental do césio. Usamos a configuração de conjugação de fase óptica para os feixes da mistura, provenientes de um mesmo laser de diodo de cavidade externa (LDCE) e identificados por F (Foward), P (Probe) e B (Backward). Os feixes F e P têm polarizações circulares opostas e frequências iguais, que podem ser varridas simultaneamente usando um par de Moduladores Acusto-Ópticos (MAO). Estes dois feixes incidem no meio formando um pequeno ângulo de 4o entre eles. Enquanto que o feixe B com polarização oposta à do feixe F e contrapropagante a ele, é sintonizado na transição F = 3 &#8596; F = 2 dentro da linha D2 do césio. O sinal gerado C é monitorado em função da frequência comum de F e P, e detetado na direção oposta à do feixe P. Nestas condições, a forma de linha do sinal obtido da MQO apresenta ressonâncias largas e estreitas, evidenciando a contribuição da coerência Zeeman induzida no sistema. Em particular, medimos a dependência do sinal C como função da intensidade do feixe de bombeio F. Realizamos também uma análise teórica do problema, modelando nosso sistema atômico como um ensemble de átomos de três níveis efetuando um cálculo perturbativo para resolver as equações de matriz densidade do sistema. Finalmente mostramos que este modelo teórico descreve qualitativamente bem as observações experimentais

Neste trabalho apresentamos os primeiros resultados sobre medida do tempo de vida de estados de Rydberg utilizando átomos frios confinados em uma armadilha magneto-optica de 85Rb. Medidas de tempo de vida de estados altamente excitados são importantes para o teste de teorias modernas sobre interação átomo-vácuo; desta forma medidas precisas são necessárias. A utilização de átomos frios apresenta várias vantagens quando comparadas com técnicas convencionais. Entre elas podemos citar a possibilidade de observação do sistema atômico por longos períodos (>100 &#181;s), e o controle da densidade de forma eficiente para evitar a manifestação de efeitos indesejáveis (colisões, superradiância) que limitam a precisão da medida. Apresentamos a medida do tempo de vida do estado 27D e 38S e comparamos os resultados experimentais com previsões teóricas de diferentes modelos. Algumas discrepâncias são observadas, o que reforça a necessidade da obtenção de um conjunto maior de medidas incluindo outros níveis para indicar qual modelo teórico é mais próximo da realidade. / In this work we present our first results on lifetime measurement of Rydberg states using cold atoms held in a magneto-optical trap of 85Rb. Lifetime measurements of highly excited states are important for testing modern theories on atom-vaccum interaction, therefore precise measurements are required. The use of cold atoms presents some advantage when compared with conventional techniques. Among them we cam point out the possibility of atomic observation for long periods of time (<100 &#181;s), the atomic density control in order to avoid undesired effects (such collisions and superradiance) which can limit the measurement precision. We present the lifetime measurement of 27D and 38S states and compared the experimental results with theoretical prediction using different models. Some discrepancies are observed, which indicates the need of a large set of measurement for other states in order to indicate the best model.

Um estudo das taxas de perda de átomos ocorrendo numa armadilha magneto-óptica mista foi realizado aqui. Observamos experimentalmente, pela primeira vez, a ocorrência de processos colisionais inelásticos envolvendo duas espécies atômicas distintas. Identificamos o escape radiativo como o processo dominante nas taxas de perda de átomos da armadilha de sódio, devidas às colisões desses com os átomos de rubídio aprisionados, para as dadas condições experimentais. Realizamos estudos semelhantes com uma mistura K-Rb, onde as taxas de perda de átomos da armadilha de potássio foram observadas. Procurou-se interpretar os resultados através um modelo semiclássico que teve de ser modificado por nós. Esses estudos foram importantes porque revelaram a grande influência do processo de escape radiativo nas taxas de perda. Também verificou-se que outros canais podem manifestar a sua influência e suspeitamos que isso se deva às diferenças estruturais das \"quasimoléculas\" formadas na colisão. A compreensão de processos colisionais em armadilhas magneto-ópticas mistas é importante para a obtenção e estudo de amostras distintas de condensados bosônicos coexistindo numa mesma região. / We report the results of the trap-Ioss collisional rates observed in a mixed species magneto-optical trapo These are the first systematic studies about the collisionalloss channels due to heteronuclear interactions between two cold atomic sampIes in aMOr. We have used two different combinations: Na-Rb and K -Rb. lt was observed that the rates are strongly affected by the radiative escape Ioss channel, especially in the Na-Rb system. We also observed that some other Ioss channels may ruIe the rates behavior depending on the combination or the experimento To understand the results a semiclassical approach was used: the Gallagher-Prichard theory. We beIieve that these studies will soon be helpful to control the interatomic collisional rates for the achievement of heteronuclear sampIes of Bose-Einstein condensates.

Neste trabalho, abordamos dois assuntos independentes e interessantes que permeiam o cotidiano dos pesquisadores da área de resfriamento e confinamento de átomos neutros. O primeiro está relacionado aos processos de perda de átomos ocorrendo em armadilhas magneto-ópticas, a partir das quais o fenômeno é observado. Mostramos que a conjunção de dois modelos tradicionais da literatura é capaz de gerar um modelo semiclássico e semi-analítico básico e robusto, capaz de reproduzir as características fundamentais dos resultados experimentais já obtidos, incluindo os mais recentes. Isto demonstra que os aspectos essenciais dos mecanismos de perda em armadilhas são, agora, bem compreendidos. O segundo assunto abordado aqui está relacionado à observação de moléculas diatômicas formadas em armadilhas magneto-ópticas. Nesse sentido, uma série de experimentos básicos foi realizada, gerando resultados e discussões que constituem uma rica fonte de informação inspirando a continuação e conclusão do trabalho iniciado aqui, cujo objetivo final é a caracterização precisa e o desenvolvimento técnicas de resfriamento e aprisionamento de moléculas diatômicas heteronucleares. / We report the results concerning to two main subjects of laser cooling and trapping community. We begin by presenting the results of modeling two-body trap loss rates as a function of the trap laser intensity. We show that one can merge two simple theories to obtain a semiclassical and semi-analytical model which is able to provide the fundamental properties observed in the experimental results found in the literature. Hence, we concluded that the essential features of the two-body trap loss rates taking place in MOTs are now well understood. On the other hand, we run a set of experiments trying to produce and detect heteronuclear diatomic ultracold molecules. Although this has not been accomplished yet, we have acquired a wide and rich amount of data that will certainly be very helpful for continuing and concluding the work here started. In the near future the photoassociation spectroscopy of ultracold heteronuclear diatomic molecules will provide valuable information to help in its manipulation.

Armadilhamento duplo de átomos neutros constitui um dos avanços mais recentes no estudo de colisões frias. Obtivemos experimentalmente as taxas de perda devido a interação de espécies alcalinas mistas (Cs/Rb). Utilizamos uma armadilha magneto-óptica mista operando com feixes de alta intensidade permitindo o resfriamento e confinamento das amostras com sucesso. Esse trabalho apresenta-se de forma relevante pois corresponde a primeira etapa para o estudo do processo de formação de moléculas frias heteronucleares. Uma comparação entre duas técnicas de monitoramento dos processos de carga de átomos foi realizada. Os resultados tanto qualitativamente como quantitativamente foram satisfatórios. Determinamos as taxas de perda, de interesse e analisamos essas taxas considerando a proporção entre as massas dos átomos envolvidos e enfocando o efeito causado pela diferença de massa entre eles concluindo assim o objetivo principal dessa dissertação. / Double trapping of neutral atoms is one of the most recent advances in the study of collisions cold. Experimentally obtained the rates of loss due to the interaction of species alkaline mixed (Cs / Rb). We use a magneto-optical trap mixed operating with beams of high intensity allowing the cooling and containment of the samples successfully. This work is so important because it represents the first step to study the process of formation of molecules heteronucleares cold. A comparison between two techniques of monitoring procedures for cargo of atoms was performed. The results both qualitatively and quantitatively were satisfactory. And the rates of loss of interest and analyze the rates considering the ratio between the masses of atoms involved and focusing on the effect caused by the difference of mass between them thus completing the main objective of this dissertation.