Nesta tese, obtemos estados quânticos que satisfazem a equação de Schrödinger, para Hamiltonianos quadráticos de forma geral e, ao mesmo tempo, permitem de maneira natural obter a correspondência com a descrição clássica. Usamos o método de integrais de movimento para construir operadores de criação e aniquilação, que satisfazem a álgebra de Weyl-Heisenberg. Dessa forma, construímos os estados de número generalizados (ENG) de maneira análoga ao que é feito para os estados de Fock. Obtemos diferentes famílias de estados coerentes (EC), através de uma superposição dos ENG, que chamamos de estados coerentes generalizados (ECG). Esses estados são rotulados pela constante complexa z escrita em termos do valor esperado inicial da coordenada e do momento. Escrevemos os ECG em função do desvio padrão inicial na coordenada, $\\sigma_q$, de modo a minimizar a relação de incerteza de Heisenberg no instante de tempo inicial. Obtemos, de forma pioneira, os ECG para partícula livre e discutimos em detalhes suas propriedades, tal como a relação de completeza, a minimização das relações de incerteza e a evolução da correspondente densidade de probabilidade. Mostramos que o valor esperado da coordenada e do momento segue ao longo da trajetória clássica no espaço de fase. Mostramos que, quando o comprimento de onda da partícula livre é muito menor que $\\sigma_q$, os EC se comportam como estados semiclássicos. Além da partícula livre, construímos pela primeira vez, os ECG para o oscilador invertido e discutimos em detalhes suas propriedades. Mostramos que os ECG de sistemas diferentes podem ser relacionados, impondo condições sobre os parâmetros do Hamiltoniano. Por fim, consideramos Hamiltonianos dependentes do tempo, em particular, construímos os ECG, de forma exata, para um oscilador harmônico cuja frequência varia explicitamente no tempo. Mostramos ainda modelos úteis para obter solução exata de sistemas dependentes do tempo, fazendo analogia com a equação de spin ou equação de Schrödinger unidimensional independente do tempo. Além disso, desenvolvemos um método próprio, que fixa a solução e em seguida determinamos a forma da frequência. / In this thesis we obtain quantum states that satisfy the Schrödinger equation for quadratic Hamiltonians in the general form and at the same time allow, naturally, to obtain the correspondence with the classical description. For this, we use the method of integrals of motion to construct creation and annihilation operators, which satisfy the algebra of Weyl-Heisenberg. Thus, we obtain the generalized number states (GNS) in the same way that is done for the Fock states. We obtain diferent families of coherent states (CS) that we call generalized CS (GCS), by a superposition of GNS. These states are labeled by a complex constant z which is written in terms of the initial expected values of the coordinate and momentum. We write the GCS in terms of the initial standard deviation of the coordinate, $\\sigma_q$, which provides the minimization of Heisenberg uncertainty relation at the initial instant time. In particular, we obtain for the first time the GCS for the free particle and discuss in detail their properties, such as the completeness relation, the minimization of uncertainty relations, and the evolution of the corresponding probability density. We show that the expected values of coordinated and momentum propagate along the classical trajectory in phas espace. When the Compton wavelength is much smaller than $\\sigma_q$, the CS can be considered a semiclassical state. In addition to the free particle, we obtain for the first time the GCS for the inverted oscillator and discuss in detail their properties. We show that the GCS of diferent systems can be related by imposing conditions on the parameters of the Hamiltonian. Finally, we consider the time-dependent Hamiltonian, especially to obtain the GCS for a harmonic oscillator whose frequency varies explicitly in time. We also show useful models to obtain exact solution for time-dependent systems, by analogy with the spin equation or one-dimensionaltime-independent Schrödinger equation, as well as a method which consists first to find the solution and then determine the shape of the frequency.

Após a excitação de uma amostra semicondutora por um pulso ultracurto, os fotoporadores interagem com a rede excitando modos longitudinais ópticos. Essa interação provoca variações no índice de refração do material, produzindo modulações na resposta óptica do meio (efeito eletro-óptico). Por outro lado, esta dinâmica origina polarizações dependentes do tempo o que gera emissão de radiação terahertz. Experimentos recentes (pump-probe) observaram modulações do campo através de medidas da refletividade resolvidas no tempo. A refletividade e o campo estão relacionados segundo o efeito eletro-óptico. Também se resolve temporalmente o campo irradiado pela amostra, através de antenas que operam na faixa de terahertz. Tanto as medidas eletro-ópticas quanto de emissão terahertz fornecem informações sobre a interação dinâmica do plasma com a rede após a excitação óptica. Nesse trabalho simulamos a interação dinâmica de plasma e fônons em n-GaAs e Telúrio (\"bulk\") após estes serem excitados por um pulso ultracurto. Utilizamos equações hidrodinâmicas para descrever transporte de cargas e uma equação fenomenológica de oscilador harmônico forçado, para descrever oscilações longitudinais ópticas da rede. Complementando nossa descrição temos a equação de Poisson, com a qual calculamos o campo gerado pelo plasma e pela polarização da rede semicondutora. Essas equações constituem um sistema de seis equações diferencias (quatro parciais) acopladas. Para resolvê-las utilizamos o método das diferenças finitas. Do cálculo numérico obtemos a evolução temporal do campo elétrico no interior do material. Com esse campo determinamos as freqüências de oscilação do sistema e calculamos o campo irradiado. Nossos resultados apresentam acordo qualitativo com os experimentos / Above-band-gap optical excitation of semiconductors generates highly non-equilibrium photocarriers which interact with phonons thus exciting vibrational modes in the system. This interaction induces refractive-index changes via the electro-optic effect. Moreover it gives rise to electromagnetic radiation at characteristic frequencies (terahertz). Both effects have been measured by time-resolved ultra fast spectroscopy. Recent pump-probe experiments have found strong modulations of the internal electric field through electro-optic measurements. The emitted electromagnetic radiation has also been detected by a terahertz dipole antenna. Both electro-optic and terahertz emission measurements provide information about the coupled dynamics of photocarriers and phonons. In this work we simulate the dynamics of plasmon-phonon coupled modes in n-GaAs and Tellurium (bulk) following ultrafast laser excitation. The time evolution of the photocarrier densities and currents is described semi classically in terms of the moments of the Boltzmann equation. Phonon effects are accounted for by considering a phenomenological driven-harmonic-oscillator equation, which is coupled to the electron-hole plasma via Poisson\'s equation. These equations constitute a coupled set of differential equations. We use finite differencing to solve these equations. From the numerical results for the evolution of internal fields we can calculate both the characteristic frequencies of system and its terahertz radiation spectrum. Our results are consistent with recent experimental data

O objetivo desta Tese foi a aplicação da teoria dos estados coerentes para sistemas quânticos não-triviais. A partir da definição de estados coerentes para grupos de Lie compactos em geral, nos dedicamos a uma investigação detalhada da construção de tais estados e de suas propriedades no caso do grupo simplético unitário Sp(4), que é extremamente importante tanto em mecânica quântica quanto em mecânica clássica. Esse grupo possui uma complexidade intermediária, que permite um tratamento analítico ainda que apresente propriedades não-triviais do ponto de vista de teoria de representação de álgebras de Lie. Os estados coerentes obtidos nos permitiram uma investigação do limite clássico para sistemas com simetria Sp(4) e uma conexão com a teoria do caos em mecânica quântica. Além disso, tratamos uma proposta recente de generalização do conceito de estados coerentes para sistemas de espectro discreto não-degenerado, os estados de Gazeau-Klauder. Esses estados foram aplicados a um problema de magnetização bidimensional e também ao potencial unidimensional de mínimos duplos, onde observamos o aparecimento dos estados chamados \"Gatos de Schrödinger\", que consistem na superposição de dois estados de mínima incerteza. / The subject of the Thesis was the aplication of the coherent states theory to non-trivial quantum systems. Starting from the general definition of coherent states for compact Lie groups, we made a detailed investigation of the construction of these states and its properties in the case of the unitary symplectic group Sp(4), which is extremely important in both quantum and classical mechanics. This group has an intermediate complexity, allowing an analytic treatment while presenting non-trivial properties from the point of view of represention theory of Lie algebras. The coherent states so obtained allowed us an investigation of the classical limit of systems with Sp(4) symmetry and a conection with the theory of chaos in quantum mechanics. Besides that, we have treated a recent generalization of the concept of coherent states for systems with discrete and nondegenerate spectrum, the Gazeau-Klauder states. These states were applied to a twodimensional magnetization problem and also to the onedimensional double-well potential, where we have observed the appearence of the so-called \"Schrödinger cats\", which consist in the superposition of two minimum-uncertainty states.

A eletrodinâmica clássica estocástica pode ser entendida como sendo a teoria clássica de Maxwell, onde se inclui um novo elemento da realidade física: As flutuações eletromagnéticas de ponto zero. Sob esse enfoque, estudamos a interação de um \"ensemble\", de osciladores harmônicos carregados com a radiação térmica e de ponto zero (atérmica). Incluímos os efeitos de dissipação através da força de reação da radiação. Além disso estudamos também a excitação do oscilador por uma força determinística com dependência temporal arbitrária. Nossa análise estatística do sistema físico é baseada na solução exata da equação de Fokker-Planck adequada ao problema. Obtém-se a evolução temporal, no espaço de fase, para uma dada distribuição inicial que caracteriza um \"ensemble\" de osciladores forçados que apresentam estados excitados na forma de estados coerentes e estados coerentes comprimidos e pulsantes. A comparação direta com a formulação quântica do mesmo problema nos faz reconhecer que é possível obter da física clássica alguns resultados antes só obtidos pela teoria quântica. Identificamos na radiação de ponto zero o ingrediente que torna possível entender a estabilidade do estado fundamental e o princípio de incerteza. / Classical stochastic electrodynamics may be understood as classical electrodynamics theory, when a new element of physical reality is included: The zero point electrodynamics fluctuations. Under this approach, we study the interaction of a charged harmonic oscillator with the thermal radiation and zero point radiation. We include the effect of dissipation by the radiation reaction force. We also study the excitation of this oscillator by a deterministic force with arbitrary temporal dependence. Our statistical analysis of the physical system is based on the exact solution of the appropriate Fokker-Planck equation. We get the temporal evolution in phase space for a given initial distribution that characterizes one \"ensemble\" of forced oscillators that presents excited states in the coherent and squeezed states form. A direct comparison with the quantum formulation of the same problem make us recognize that it is possible to get some results from classical physics which were accomplished previously only by quantum theory. We identify in the zero point radiation the ingredient that makes it possible to understand the stability of the fundamental state and the uncertainty principle.

Orientador: Marcus Aloizio Martinez de Aguiar / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-10T00:40:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_LuisCoelhodos_D.pdf: 950495 bytes, checksum: 6d6e6d4fadee89455b54a57206af4e76 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A supercompleteza da base de estados coerentes gera uma multiplicidade de representações da integral de trajetória de Feynman. Estas diferentes representações, embora equivalentes quanticamente, levam a diferentes limites semiclássicos. Baranger et al calcularam o limite semiclássico de duas formas para a integral de trajetória, sugeridas por Klauder e Skagerstam. Cada uma destas fórmulas envolve trajetórias governadas por uma diferente representação clássica do operador Hamiltoniano: a representação P em um caso e a representação Q no outro. Nesta tese, nós construímos outras duas representações da integral de trajetória, cujos limites semiclássicos envolvem diretamente a representação de Weyl do operador Hamiltoniano, isto é, a própria Hamiltoniana classica. Mostramos que, no limite semiclássico, a dinâmica na representação de Weyl é independente da largura dos estados coerentes e o propagador é também livre das correções de fase encontradas em todos os outros casos. Além disto, fornecemos uma conexão explícita entre as representações quânticas de Weyl e de Husimi no espaço de fases / Abstract: The overcompleteness of the coherent states basis gives rise to a multiplicity of representations of Feynman¿s path integral. These different representations, although equivalent quantum mechanically, lead to different semiclassical limits. Baranger et al derived the semiclassical limit of two path integral forms suggested by Klauder and Skagerstam. Each of these formulas involve trajectories governed by a different classical representation of the Hamiltonian operator: the P representation in one case and the Q representation in the other one. In this thesis we construct two other representations of the path integral whose semiclassical limit involves directly the Weyl representation of the Hamiltonian operator, i.e., the classical Hamiltonian itself. We show that, in the semiclassical limit, the dynamics in the Weyl representation is independent of the coherent states width and that the propagator is also free from the phase corrections found in all the other cases. Besides, we obtain an explicit connection between the Weyl and the Husimi phase space representations of quantum mechanics / Doutorado / Física Clássica e Física Quântica : Mecânica e Campos / Doutor em Ciências

Orientadores: Milton Mori, Henry França Meier, Udo Fritsching / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T10:03:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Decker_RodrigoKoerich_D.pdf: 3679156 bytes, checksum: 9c914896fd9d31753adf9c1bed158cac (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho propõe o estudo de estruturas coerentes de larga escala por meio da utilização da metodologia ¿Interparticle Arrival Time¿ (IAT) no escoamento de um jato bifásico. Experimentos foram desenvolvidos em relação a diferentes condições de velocidade inicial com diâmetro médio de partícula igual a 50 µm, e para duas diferentes misturas de partículas, 50 µm e 90 µm, em diferentes proporções, e comparados em relação a perfis de velocidade média, intensidade de turbulência e velocidade RMS. Medidas relacionadas à distribuição IAT foram também adquiridas para todas as condições analisadas. Os experimentos foram desenvolvidos para diferentes posições axiais e radiais a partir da saída do orifício de formação do jato. Perfis radiais de velocidade média, flutuação de velocidade (velocidade RMS), intensidade de turbulência e ¿interparticle arrival time¿ (em termos de distribuição Chi2 e número de desvios) foram obtidos pelo sistema de ¿Phase Doppler Anemometry¿, atravessando o sistema de medição ponto a ponto na direção desejada. Além disto, as variações das condições de velocidade inicial, distribuição de partículas e razão de carga permitem a obtenção de importantes informações em relação às estruturas locais do escoamento e seus efeitos sobre o transporte macroscópico e turbulento de partículas entre o centro do jato e as regiões de contorno do mesmo. Assim é possível identificar que no centro do jato não existe a formação de Estruturas Coerentes de Larga Escala (ECLE), ou seja, o escoamento é dominado por estruturas incoerentes. Existem também fortes indícios de formação de ECLE em uma região radial entre o centro e a região de contorno, sendo estas dependentes da condição inicial de velocidade da fase gás. Além disto, partículas com maior diâmetro suprimem a formação de ECLE. A distribuição IAT prova ser uma ferramenta importante na identificação dos locais onde ECLEs vêm a influenciar a distribuição de partículas, formando ¿clusters¿. A investigação extensiva de dados experimentais em relação ao comportamento da fase dispersa no escoamento gás sólido em um jato pode ser utilizada como uma importante fonte de dados para uma validação detalhada, por meio de simulação numérica, do escoamento disperso bifásico, incluindo as fortes interações entre as fases gás e particulada / Abstract: A study of large scale coherent structures by Interparticle Arrival Time (IAT) of a two phase jet flow is proposed. Measurements were carried out for different initial velocities with 50 µm particle mean diameter, and for two different particle mixtures with mean particle diameter of 50 µm and 90 µm, in different proportions, and analyzed in relation to different variables. Measurements related to IAT were also acquired for all analysis conditions. The experiments were developed for different axial and radial distances from the nozzle outlet. Radial profiles of mean velocity, RMS velocity, turbulence intensity and the IAT (in terms of Chi2 and number of deviation) were measured by a Phase Doppler Anemometry system, traversing the measuring device stepwise in the desired direction. Furthermore, the variation of the initial velocity conditions, particle diameter distributions, and particle loadings yield important information about the local flow structures and its effect on the macroscopic as well as the turbulent particle transport between the jet centre and the outer shear layer. Thus, it is possible to identify that in the centre line of the jet there is no formation of large scale coherent structures (ECLE), i. e., the flow is dominated by incoherent structures. There is also strong evidence of ECLE formation in a radial position between the centre and the outer shear layer of the jet, which are dependent on the gas initial velocity. Furthermore, particles with large diameter suppress ECLE formation. The IAT distribution proofs to be an important tool to identify regions where large scale coherent structures influence the particle distribution and tend to form particle clusters. The derived extensive experimental data set for the particle behaviour at the two-phase jet may serve as a basis for the detailed validation of numerical simulations of dispersed two phase flow behaviour including strong phase interactions between gaseous and particulate phases / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Marcus Aloizio Martinez de Aguiar / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-18T09:38:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Grigolo_Adriano_M.pdf: 3666934 bytes, checksum: 255f444a354a51cf33e045323fd794a8 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O propagador é um objeto central quando se está interessado em obter soluções dependentes do tempo para a equação de Schrödinger. Ele representa a amplitude de probabilidade de que, após um certo intervalo de tempo, um dado estado inicial seja encontrado em um determinado estado final. O propagador pode ser calculado a partir de uma integral de caminhos, na qual todas as trajetórias geométricas que conectam o estado inicial ao final devem ser consideradas. Não obstante, à medida que a ação de um sistema se torna grande em comparação com a constante de Planck, verifica-se que somente aqueles caminhos que obedecem a equações de movimento clássicas contribuem significativamente para a integral. A aproximação semiclássica consiste justamente em calcular o propagador levando-se em conta apenas as contribuições provenientes das vizinhanças de tais trajetórias. Neste trabalho nos voltamos para o propagador semiclássico na representação de estados coerentes. Estados coerentes são estados de incerteza mínima os quais se adequam naturalmente à formulação semiclássica. Nesta representação, contudo, ocorre que as trajetórias clássicas que são utilizadas no cálculo do propagador semiclássico são complexas. Além disso, as condições de contorno às quais estas trajetórias estão submetidas impõem sérias dificuldades na avaliação direta de tal expressão. Como alternativa, apresentamos aqui uma representação a valores iniciais (IVR) para o propagador semiclássico escrito na base de estados coerentes. Duas versões deste método são divisadas. Os cuidados especiais que devem ser tomados ao se lidar com trajetórias complexas são enfatizados. Em seguida, aplicamos nossa fórmula IVR na resolução de alguns sistemas simples e mostramos que nossos resultados são comparáveis àqueles obtidos com o método de Herman-Kluk, que é o método mais popular dentre as IVRs semiclássicas / Abstract: The propagator is a central object when one is interested in obtaining time-dependent solutions to the Schrödinger equation. It stands for the probability amplitude that after a certain time interval, a given initial state is found at a given final state. The propagator can be calculated from a path integral in which all geometric paths that connect the initial and final states must be considered. Nevertheless, as the action of a system becomes large when compared to Planck¿s constant, one finds that only those paths that obey classical equations of motion will contribute significantly to the integral. The semiclassical approximation consists in evaluating the path integral by taking into account only those contributions arising from the vicinities of such classical trajectories. Here we focus on the semiclassical propagator in the coherent state representation. Coherent states are minimum uncertainty states that naturally lend themselves to the semiclassical formulation. In this representation, however, it turns out that the classical trajectories that contribute to the semiclassical propagator are complex. Moreover, the boundary conditions to which these trajectories are subjected pose serious difficulties in the direct evaluation of such expression. As an alternative, we present an initial value representation (IVR) for the semiclassical coherent state propagator. Since it makes use of complex trajectories, we call it Complex Initial Value Representation (CIVR). Two versions of the method are devised. The special care required when dealing with complex trajectories is emphasized. Finally, we apply our CIVR formula to a few simple systems and show that our results are comparable to those obtained with the Herman-Kluk method, which is the most popular method among the semiclassical IVR formulas / Mestrado / Física Geral / Mestre em Física

Orientadores: Helio Waldman, Darli Augusto de Arruda Mello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T09:25:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_FranciscoAugustodaCosta_M.pdf: 789247 bytes, checksum: 92fd6bcd2b896f2de173abbf3d6cbef7 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Comparamos o desempenho de quatro arquiteturas de recuperação de portadora tipo feedforward em receptores QPSK e 8-PSK coerentes com multiplexação de polarização e decodificação diferencial. Analisamos os cenários que apresentam desequilíbrio entre as SNRs nas duas polarizações, tal como ocorre em sistemas com PDL. Usando simulações de Monte Carlo, observamos que o método de estimação conjunta proposto apresenta penalidade em SNR de 1,1 dB de penalidade em SNR para uma razão largura de linha/ taxa de símbolo = 5 × 10-3, enquanto as outras três arquiteturas investigadas têm penalidade de 1,8 dB, 2,0 dB, e 3,9 dB para o formato de modulação QPSK. Para o formato 8-PSK, a arquitetura de recuperação conjunta apresenta 1,1 dB para uma razão largura de linha/ taxa de símbolo = 7, 5 × 10-4, enquanto as outras três arquiteturas têm penalidade 1,5 dB, 1,7 dB e 2,8 dB, para BER = 10-3 e um desequilíbrio em SNR de 3 dB. / Abstract: This work compares the performance of four feedforward carrier recovery architectures in coherent QPSK and 8-PSK receivers, with polarization multiplexing and differential decoding. We focused on the scenarios showing an SNR imbalance between orthogonal polarizations, as in PDL impaired systems. Using Monte Carlo simulations, we observed that the proposed joint estimation method yields an SNR penalty of 1.1 dB, for a laser linewidth/ baudrate ratio of 5×10-3, while the other three investigated architectures 1.8 dB, 2.0 dB and 3.9 dB, for the QPSK modulation format. As for 8-PSK, the proposed joint feedforward carrier recovery architecture exhibits a 1.1 dB SNR penalty for a laser linewidth/ baudrate ratio of 7.5 × 10-4, while the other three architectures 1.5 dB, 1.7 dB and 2.8 dB, for a BER = 10-3 and 3 dB SNR imbalance. Keywords: optical communication, coherent receiver, phase modulation. / Mestrado / Telecomunicações e Telemática / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Pedro Fernandes Tavares / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-08T03:19:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Abreu_NataliaPradode_D.pdf: 5325698 bytes, checksum: b2120bdd02b9ec07d7563695665add5e (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta tese investiga a dinâmica longitudinal não-linear do feixe de elétrons de alta intensidade circulante no anel de armazenamento do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS). Em particular, analisamos os efeitos sobre os modos de oscilação coerentes instáveis e sobre as características de equilíbrio dos pacotes de elétrons decorrentes da manipulação da distribuição de densidade eletrônica no espaço de fase longitudinal, realizada por meio de dois mecanismos distintos: a modulação em fase dos campos estacionários aceleradores e o uso de cavidades harmônicas. Determinamos a viabilidade do uso de cada uma das técnicas estudadas visando melhorar as propriedades do feixe dadas as características específicas e parâmetros do anel de armazenamento Brasileiro. Observamos que a modulação em fase é um método capaz de amortecer modos de oscilação de pacotes acoplados (coupled bunch modes) do feixe de elétrons e apresentamos evidências teóricas e experimentais de que o mecanismo físico responsável por este amortecimento é o aumento da dispersão das frequências de oscilação incoerente dos elétrons dentro dos pacotes, efeito chamado de amortecimento Landau. Observamos também um aumento no tempo de vida do feixe de elétrons devido µa diluição da densidade eletrônica, o que diminui a probabilidade de espalhamento elétron-elétron dentro dos pacotes, reduzindo assim a contribuição Touschek para a taxa de perda de elétrons. Atualmente a modulação em fase é utilizada rotineiramente em turno de usuários no anel de armazenamento do LNLS. Uma análise teórica assim como simulações da ação de cavidades harmônicas passivas no anel do LNLS mostram que efeitos semelhantes são observados, no que se refere µa estabilização de oscilações do feixe e ao aumento do tempo de vida, através dos mesmos mecanismos físicos presentes ao modularmos a fase dos campos de radiofrequência (RF). Há no entanto diferenças importantes nas características dos dois métodos: apesar da efficiência de operação dessas cavidades depender fortemente da corrente total armazenada, a distribuição natural de energias do feixe de elétron não é modificada, diferentemente do que ocorre quando usamos a modulação em fase; o aumento do tempo de vida em ambos os casos é muito parecido (da ordem de 30%) mas a cavidade harmônica, para determinados parâmetros de operação do anel de armazenamento, poder tornar o amortecimento de modos de oscilação de pacotes acoplados 16 vezes maior, enquanto que a modulação em fase aumenta o amortecimento por um fator 1.5 / Abstract: This work investigates the nonlinear longitudinal dynamics of an intense electron beam at the Brazilian Synchrotron Light Source (LNLS electron storage ring). Our main interest lies in the effects of the longitudinal electron density manipulation (by means of RF phase modulation or through the use of harmonic cavities) on the beam Touschek lifetime, coupled bunch instabilities and the steady state characteristics of the circulating bunches. We also determine the viability of each technique and optimize their results given the specific needs and parameters of the Brazilian storage ring. We show that phase modulation is efficient in damping coupled bunch instabilities of the circulating electron beam and present theoretical and experimental evidences that an increased spread of the electrons incoherent frequency inside the bunches is the physical mechanism responsible for this damping, also called Landau damping. We show, as well, an increase in the overall beam lifetime due to the dilution of the particle density inside the bunches, which decreases the probability of electron-electron scattering thus reducing the Touschek contribution to the electron loss rate. Since 2004, phase modulation has been used routinely during users shifts at the LNLS storage ring. The effects of the presence a set of passive harmonic cavities were studied theoretically and using a simulation program. Similar effects, related to the damping of instabilities and increasing in lifetime, are also obtained when using passive harmonic cavities by the same physical mechanisms observed when using phase modulation. There are, however, some important differences between the two methods (harmonics cavities and phase modulation): even though the optimum conditions for operation of these cavities varies strongly with the stored current, this devices does not modify the natural energy distribution of the electron beam as observed when using phase modulation. Also, the increase in lifetime using both methods is similar (around 30%), but harmonics cavities can enhance the damping of coupled bunch modes by a factor of 16 while phase modulation provides an increase in damping by a factor 1.5 / Doutorado / Física Geral / Doutor em Ciências

Orientador: Luis Eduardo Evangelista de Araujo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T22:09:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_AntonioAugusto_D.pdf: 11187832 bytes, checksum: 3ffb3d078fef8dd053b760fc0342ec6f (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nesta tese apresentamos um estudo teórico da interação coerente entre trens de pulsos ultracurtos e sistemas atômicos simples de dois e três níveis, este último na configuração L. Primeiramente avaliamos a situação em que um trem de pulsos ultracurtos não só sonda um sistema de três níveis na configuração L, mas também leva o átomo à configuração do átomo vestido. Nessas condições estudamos o efeito do acúmulo coerente de excitação na transparência eletromagneticamente induzida (EIT) experimentada pelo trem de pulsos ultra-curtos. Mostramos que os parâmetros do trem de pulsos ( área do pulso, diferença de fase entre pulsos consecutivos e período de repetiçãco dos pulsos) determinam a dinâmica da formação da EIT. Em seguida estudamos os efeitos da propagação do trem de pulsos ultracurtos através de um meio atômico estendido, constituído por sistemas de dois e três níveis na configuraçãco L. Mostramos que no caso em que o meio é constituído por sistemas de dois níveis a frequência central dos pulsos é rapidamente removida devido à propagação, prejudicando o efeito de acúmulo coerente. Já para o meio constituído por sistemas de três níveis o efeito acumulativo é observado e coerência é transferida ao meio, levando a uma sobreposição linear entre os níveis fundamentais, sobreposição esta que está associada à formação da EIT. Após um número suficientemente grande de pulsos o meio se torna transparente aos pulsos subsequentes que se propagam sem sofrer alterações em seu perfil temporal e espectral. Outra situação que estudamos nesta tese é aquela onde o sistema atômico é excitado por um campo contínuo monocromático levando o átomo à configuração do "átomo vestido". Este sistema é, então, investigado por um trem de pulsos ultracurtos. Neste caso mostramos que a utilização do trem de pulsos ultracurtos permite a realização de espectroscopia de alta resolução dos estados atômicos vestidos induzidos pelo campo contínuo monocromático / Abstract: In this thesis we present a theoretical study about the coherent interaction between a train of ultrashort pulses with two- and three-level atomic systems, this last in the L configu-ration. Firstly, we investigated the situation at which a train of ultrashort pulses not only probes the three-level system in the L configuration, but also drives the atom to its dressed configura-tion. Under these conditions, we studied the effects of the coherent accumulation of excitation on the electromagnetically induced transparency (EIT) of the train of ultrashort pulses. We showed that the pulse train parameters (area, repetition period, and phase between successive pulses) play a significant role in establishing EIT. Then, we study the effects of propagation through an extended sample of two- and three-level atoms. We showed that in the two-level case, absorption of the pulse¿s resonant frequency by the atoms quickly compromises the accumulation of excitation. In the three-level case, the accumulative effect occurs, and the pulse train transfers coherence between the two lower states of the atoms, driving population into a dark superposition state. Such a superposition is related to the EIT formation and after a large enough number of pulses, the medium becomes transparent to the driving pulses. Later pulses in the train propagate through the atomic medium with both their amplitude and temporal profile preserved. Another configuration that we investigated in this thesis is that at which the atomic system is excited by a monochromatic cw laser that drives the atom to its dressed configuration. Such a system is then probed by an ultrashort pulse train. In this case, we showed that an ultrashort pulse train can be used to perform high-resolution spectroscopy of dressed atomic states / Doutorado / Física Atômica e Molecular / Doutor em Ciências