Tendo por objetivo principal a implementação de um laboratório de pesquisa em tempo e freqüência, tomamos como primeiro alvo a ser alcançado a realização da definição primária do segundo, conforme estabelecido pelo BIPM, baseado no átomo de 133CS. Seguindo os passos nessa linha de pesquisa, o laboratório construiu um primeiro padrão baseado em feixe efusivo e operado opticamente. Atualmente, os sistemas com maior capacidade de determinação do segundo são os padrões de átomos frios, denominados chafarizes, dado o seu esquema de funcionamento. O objetivo principal desse trabalho foi o desenvolvimento de um padrão de tempo e freqüência baseado em um sistema de átomos frios, passando por todas as fases de sua implementação. Tais fases dizem respeito à construção de sistemas de controle de lasers de diodo, síntese de freqüências, avaliação de sinais de tempo e freqüência e controle e aquisição dos sinais de interrogação atômica. Adicionada a isso a necessidade de estabelecer um ambiente próprio ao desenvolvimento de tal experimento. Os resultados observados até aqui permitem que sejam estabelecidas novas metas, em busca do refinamento desse padrão. Além disso, os tipos de sistemas abordados são passíveis de utilização no desenvolvimento de outros padrões, tanto primários como secundários, sendo requisitos fundamentais no estabelecimento de metrologia científica de tempo e freqüência. / Having as a main goal the implementation of a research laboratory in time and frequency, we set the first target to be reached the realization of the primary definition of the second, as stated by BIPM, based on the 133CS atom. Following the steps in this research line our laboratory constructed a first standard based on an effusive beam optically operated. Nowadays, the most capable systems in the determination of the second are the cold atoms standards, called fountains, due to their operation mode. The main subject of this thesis is the development of a time and frequency standard based in cold atoms doing all the steps to implement it. These steps concern to the construction of diode lasers control systems, frequency synthesis, time and frequency signal characterization and atomic interrogation signal acquisition, added the need to the establishment of an appropriate environment to develop such experiment. The observed results until now allowed the determination of the new goals in the search of the standard refinement. Moreover, the kind of systems described here can be used in the development of other standards, either primary or secondary, being fundamental requisites in the establishment of time and frequency scientific metrology.

Este trabalho relata a construção de um padrão primário baseado em uma nuvem de átomos frios de 133Cs em expansão, além de alguns resultados preliminares. A amostra de átomos de referência é preparada através de uma armadilha magneto-óptica. Durante uma fase de expansão livre os átomos são submetidos a uma seqüência de pulsos de microondas de 9,192631770 GHz, que excitam a transição do estado fundamental que define o segundo como unidade básica do SI, caracterizando o conhecido método de interrogação de campos separados de Ramsey. Ao final do ciclo de funcionamento um laser de prova é usado para detectar, por fluorescência, a quantidade de átomos que sofreram a transição para diferentes valores de freqüência de microondas. A coleta de dados, bem como o controle da seqüência temporal de funcionamento, é feita através de um microcomputador e placas de aquisição de dados. Juntamente com a caracterização inicial desse padrão primário foi realizada a otimização do experimento com respeito à duração dos pulsos de microondas e intervalos de expansão livre. Foram obtidos dados de estabilidade em freqüência, cujos valores apontam para direções bastante promissoras na utilização desse tipo de padrão primário. / This dissertation describes the construction of an atomic frequency standard based on the expansion of a 133Cs atomic cloud and preliminary results. The atomic sample is prepared in a magneto-optical trap. During the expansion process the atoms are submitted to a sequence of two microwave pulses at 9,192,631,770 Hz to probe the 133Cs ground state transition, which is the primary definition of the second. This method characterizes the well-known two separated oscillatory fields method. Finally, a flash of trapping light detects the atoms that suffered the second transition. The data acquisition, as well as the control of the time sequence, was taken by a microcomputer. With the initial characterization of the primary standard, the optimization of the experiment with respect to the duration of the microwave pulses as well as the intervals between them was done empirically. We have also obtained data of stability in frequency, with results that show a promising use of this type of primary standard.

A vida cotidiana é dividida por intervalos de tempo, assim como, a medida do tempo faz-se necessária para ciência e tecnologia com níveis diferentes de exatidão, pois cada aplicação possui uma exigência da incerteza associada à medida. Atualmente não há outra grandeza física medida com tamanha exatidão quanto à referência de frequência baseadas em transições de níveis de energia atômica, logo, baseando a medida de tempo. Este trabalho visa o estudo e desenvolvimento do sistema de controle e monitoramento de padrões de frequência experimentais. Para isso devemos projetar, construir e caracterizar todo o sistema de controle e aquisição de dados, geração de sinais de controle e processamento do sinal de resposta. O sistema interage com sinais provenientes de uma grande variedade de sensores do padrão de frequência, de modo a detectar possíveis problemas ou efeitos que possam afetar a medida de frequência obtida. Há também a necessidade de armazenagem e tratamento dos dados obtidos para diagnósticos e ações corretivas, para esta tarefa, dispositivos de instrumentação são analisados e desenvolvidos com diferentes abordagens para cada tipo de padrão de frequência, tanto para o chafariz de átomos quanto o padrão portátil. Dessa forma, o sistema de controle e monitoramento do padrão de frequência proporciona a integração entre todos os subsistemas envolvidos na construção de um padrão atômico de frequência. / Everyday life is divided by time intervals, as well as the measurement of time is needed for science and technology with different levels of accuracy, because each application has a requirement of the uncertainty associated with the measure. Currently there is no other physical quantity measured with such accuracy as to the frequency reference transitions based on atomic energy levels, which in turn are based on measurements of time. This work aims to study and develop the system of monitoring and control of experimental frequency standards. For this we must design, build and characterize the whole system control and data acquisition, signal generation control signal processing of response signal. The system interacts with signals from a variety of sensors presents of frequency standard in order to detect possible problems or effects that may affect the frequency measurement obtained. There is also the need for storage and processing of data for diagnostics and corrective actions for this task, instrumentation devices are analyzed and developed with different approaches for each type of pattern frequency to both the fountain and the compact mobile standards. Thus, the control system and monitoring of frequency standard provides integration between all subsystems involved in building an atomic frequency standard.

Aplicações que demandam uma sincronização entre usuários móveis requerem um mecanismo para a difusão (multicast) de mensagens entre dispositivos móveis. Em alguns casos, o multicast deve ser atômico, isto é, ou todos os elementos do grupo processam a mensagem difundida, ou nenhum deles. O AM2C é um protocolo para multicast atômico em Computação Móvel. Entretanto, o principal problema do AM2C é sua falta de escalabilidade, uma vez que este protocolo faz uma difusão para todas as estações-base na rede fixa. Esta dissertação descreve o projeto, implementação, simulação e avaliação dos protocolos AM2C e iAM2C, onde o segundo protocolo é uma variante escalável do primeiro. As implementações e simulações foram feitas usando o ambiente MobiCS - Mobile Computing Simulator, que é uma ferramenta para o teste e a análise de desempenho de protocolos distribuídos em redes móveis. A dissertação apresenta uma comparação detalhada dos protocolos para diferentes configurações de rede e diversos padrões de migração dos hosts móveis. / Applications that demand some synchronization among mobile users require a mechanism for reliable delivery of multicast messages to a group of mobile hosts. In some cases, the multicast must be atomic, i.e., either all or none of the mobile hosts accept each message. The AM2C is a protocol for atomic multicast in Mobile Computing. However, the main problem of AM2C is its lack of scalability, since it is based on broadcasts to all base stations in the fixed network. This work describes the project, implementation, simulation and evaluation of the protocols AM2C and iAM2C, where the second protocol is a scalable variant of the first. The implementations and simulations were performed using MobiCS - Mobile Computing Simulator, that is a tool for testing and doing performance analysis of distributed protocols in mobile networks. This work presents a detailed comparison of the protocols for different network configurations and various patterns of mobile hosts migrations.

Neste trabalho, apresentamos um estudo detalhado da técnica de desaceleração e aceleração de átomos pelo ajuste Zeeman, possibilitando a produção de um feixe atômico monoenergético. Usando esta técnica, realizamos estudos sobre efeito de bombeameto óptico e condições de seguimento adiabático dos átomos no campo magnético. Através do entendimento destes efeitos, pudemos propor modificações que permitirão a produção de um fluxo intenso de átomos monoenergéticos, que deverão permitir experimentos, com este tipo de feixe atômico, fora do sistema / We have carefully studied the Zeeman-tuned technique to decelerate and also accelerate sodium atoms atomic beam, creating ways of producing monoenergetic atomic beams. A systematic study of the optical pumping effects on these beams, as well as its adiabatic following conditions along the magnetic field were also investigated. A single laser beam, together with minor changes on the the magnetic field profile and on the optical setup, was used to decelerate and/or to accelerate atoms running outside of the Zeeman solenoid, simplifying and speeding up the experimental runs

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:14:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 5441449 bytes, checksum: 38950c6d2ffc32a9b188f9e51b8fea91 (MD5) Previous issue date: 2014-07-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work we investigate the transmission in an optical cell containing an atomic vapor, when a laser is tuned to the wings of the Doppler line, presenting inhomogeneous broadening. The experiment is designed to detect the transmission of a laser beam through a an atomic cesium vapor within a quartz cell. Due to the high atomic density in the 1 mm cell, the laser beam is totally absorbed at resonance. On the other hand, when the detuning by few GHz from the center of the line an oscillatory signal is observed as a function of the laser frequency. The amplitude of the transmission signal varies linearly with the laser intensity. These oscillations exhibit diferent behavior as we change some parameters of the system, and the rate of the oscillations vary with laser detuning and on the atomic density. The phase of the transmited field is also sensitive to the angle of incidence of the laser beam in the cell, which allows to vary the lineshape of the signal without changing the parameters of the laser (intensity, frequency, ...) or atomic vapor. Out of resonance with the atomic vapor, the parallel windows of commercial optical cell cavity works as a low finesse Fabry-Pérot with a free spectral range of 150 GHz. However, in resonance, the optical path of the cavity changes varies with frequency due to the dispersive response of the atomic vapor. This study experimentally characterized the transmission signal through a cavity containing resonant vapor as a function of intensity and frequency of the laser, as well as its dependence on the angle of incidence of the beam. A numerical model that allows to determine the collisional broadening of the atomic vapor adjusting the spectral curves of the transmission signal was developed. As an application, exploring the oscillations in the wings of the resonance, we can lock the laser frequency at a few GHz off the center of the atomic resonance. The lock was performed in the frequency range between 0,8 GHz and 2,4 GHz from the center of the D2 line of cesium. To characterize the locking stability we measure the optical beat signal between two similar experiments, using the same locking technique. / Nesse trabalho investigamos a transmissão em uma célula ótica contendo um vapor atômico, quando um laser esta sintonizado nas asas da linha Doppler, em condições de forte alargamento inomogêneo. A experiência desenvolvida consiste na detecção da transmissão de um feixe laser através de uma célula de quartzo contendo vapor de átomos de césio. Devido a sua alta densidade atômica, na ressonância, o feixe laser é totalmente absorvido na célula de 1 mm de comprimento, por em para dessintonizações de alguns GHz do centro da linha observamos um sinal oscilante em função da frequência, onde a amplitude varia linearmente com a intensidade do laser. Essas oscilações" apresentam comportamento distinto a medida que mudamos alguns parâmetros do sistema. O período das oscilações depende da dessintonização da ressonância e da densidade atômica. A fase do sinal de transmissão também e bastante sensível ao ângulo de incidência do feixe laser na célula, o que permite variar a forma de linha do sinal de estudo sem modificar os parâmetros do laser (intensidade, frequência,...) ou do vapor atômico. Na ausência do vapor atômico, as janelas paralelas da célula ótica comercial agem como uma cavidade de Fabry-Pérot de baixa nesse com um faixa espectral livre de 150 GHz. Na presença do vapor atômico, devido a sua resposta dispersiva, o percurso óptico da cavidade varia com a frequência. Nesse estudo, caracterizamos experimentalmente o sinal de transmissão dessa cavidade contendo vapor ressonante como função da intensidade e da frequência do laser, assim como do angulo de incidência do feixe. Foi desenvolvido um modelo numérico que permite determinar o alargamento colisional do vapor atômico, através de ajuste das curvas espectrais do sinal de transmissão experimental. Como uma aplicação, explorando as oscilações nas asas da ressonância, pudemos travar a frequência do laser sintonizada a alguns GHz fora da ressonância atômica. O travamento foi realizado em frequências na faixa entre 0; 8 GHz e 2; 4 GHz do centro da linha D2 do césio. Para caracterização do travamento do laser, foi feito um batimento óptico entre os sinais de dois experimentos similares, utilizando a mesma técnica de travamento.

Neste trabalho, apresentamos um estudo detalhado da técnica de desaceleração e aceleração de átomos pelo ajuste Zeeman, possibilitando a produção de um feixe atômico monoenergético. Usando esta técnica, realizamos estudos sobre efeito de bombeameto óptico e condições de seguimento adiabático dos átomos no campo magnético. Através do entendimento destes efeitos, pudemos propor modificações que permitirão a produção de um fluxo intenso de átomos monoenergéticos, que deverão permitir experimentos, com este tipo de feixe atômico, fora do sistema / We have carefully studied the Zeeman-tuned technique to decelerate and also accelerate sodium atoms atomic beam, creating ways of producing monoenergetic atomic beams. A systematic study of the optical pumping effects on these beams, as well as its adiabatic following conditions along the magnetic field were also investigated. A single laser beam, together with minor changes on the the magnetic field profile and on the optical setup, was used to decelerate and/or to accelerate atoms running outside of the Zeeman solenoid, simplifying and speeding up the experimental runs

Este trabalho relata a construção de um padrão primário baseado em uma nuvem de átomos frios de 133Cs em expansão, além de alguns resultados preliminares. A amostra de átomos de referência é preparada através de uma armadilha magneto-óptica. Durante uma fase de expansão livre os átomos são submetidos a uma seqüência de pulsos de microondas de 9,192631770 GHz, que excitam a transição do estado fundamental que define o segundo como unidade básica do SI, caracterizando o conhecido método de interrogação de campos separados de Ramsey. Ao final do ciclo de funcionamento um laser de prova é usado para detectar, por fluorescência, a quantidade de átomos que sofreram a transição para diferentes valores de freqüência de microondas. A coleta de dados, bem como o controle da seqüência temporal de funcionamento, é feita através de um microcomputador e placas de aquisição de dados. Juntamente com a caracterização inicial desse padrão primário foi realizada a otimização do experimento com respeito à duração dos pulsos de microondas e intervalos de expansão livre. Foram obtidos dados de estabilidade em freqüência, cujos valores apontam para direções bastante promissoras na utilização desse tipo de padrão primário. / This dissertation describes the construction of an atomic frequency standard based on the expansion of a 133Cs atomic cloud and preliminary results. The atomic sample is prepared in a magneto-optical trap. During the expansion process the atoms are submitted to a sequence of two microwave pulses at 9,192,631,770 Hz to probe the 133Cs ground state transition, which is the primary definition of the second. This method characterizes the well-known two separated oscillatory fields method. Finally, a flash of trapping light detects the atoms that suffered the second transition. The data acquisition, as well as the control of the time sequence, was taken by a microcomputer. With the initial characterization of the primary standard, the optimization of the experiment with respect to the duration of the microwave pulses as well as the intervals between them was done empirically. We have also obtained data of stability in frequency, with results that show a promising use of this type of primary standard.

A vida cotidiana é dividida por intervalos de tempo, assim como, a medida do tempo faz-se necessária para ciência e tecnologia com níveis diferentes de exatidão, pois cada aplicação possui uma exigência da incerteza associada à medida. Atualmente não há outra grandeza física medida com tamanha exatidão quanto à referência de frequência baseadas em transições de níveis de energia atômica, logo, baseando a medida de tempo. Este trabalho visa o estudo e desenvolvimento do sistema de controle e monitoramento de padrões de frequência experimentais. Para isso devemos projetar, construir e caracterizar todo o sistema de controle e aquisição de dados, geração de sinais de controle e processamento do sinal de resposta. O sistema interage com sinais provenientes de uma grande variedade de sensores do padrão de frequência, de modo a detectar possíveis problemas ou efeitos que possam afetar a medida de frequência obtida. Há também a necessidade de armazenagem e tratamento dos dados obtidos para diagnósticos e ações corretivas, para esta tarefa, dispositivos de instrumentação são analisados e desenvolvidos com diferentes abordagens para cada tipo de padrão de frequência, tanto para o chafariz de átomos quanto o padrão portátil. Dessa forma, o sistema de controle e monitoramento do padrão de frequência proporciona a integração entre todos os subsistemas envolvidos na construção de um padrão atômico de frequência. / Everyday life is divided by time intervals, as well as the measurement of time is needed for science and technology with different levels of accuracy, because each application has a requirement of the uncertainty associated with the measure. Currently there is no other physical quantity measured with such accuracy as to the frequency reference transitions based on atomic energy levels, which in turn are based on measurements of time. This work aims to study and develop the system of monitoring and control of experimental frequency standards. For this we must design, build and characterize the whole system control and data acquisition, signal generation control signal processing of response signal. The system interacts with signals from a variety of sensors presents of frequency standard in order to detect possible problems or effects that may affect the frequency measurement obtained. There is also the need for storage and processing of data for diagnostics and corrective actions for this task, instrumentation devices are analyzed and developed with different approaches for each type of pattern frequency to both the fountain and the compact mobile standards. Thus, the control system and monitoring of frequency standard provides integration between all subsystems involved in building an atomic frequency standard.

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-04-07T14:07:13Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Allan Johnes de Almeida.pdf: 9151346 bytes, checksum: a11d1788f243fa1edac133c17f6affef (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-07T14:07:13Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Allan Johnes de Almeida.pdf: 9151346 bytes, checksum: a11d1788f243fa1edac133c17f6affef (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2014-02-24 / CAPES / As mem orias oticas coerentes via EIT (transpar^encia eletromagneticamente induzida) fazem uso direto da troca entre coer^encia otica e coer^encia at^omica entre estados com longos tempos de vida e t^em sido largamente estudadas em diferentes sistemas at^omicos. Neste regime e poss vel armazenar um pulso de luz na coer^encia at^omica induzida pelos campos ("escrita"), e recuper a-lo posteriormente com a incid^encia de um campo de "leitura". O tempo de armazenamento est a diretamente associado a taxa de descoer^encia at^omica, que para o caso de feixes colineares, determina tamb em a largura espectral do sinal de EIT. Por outro lado, a exist^encia de um pequeno ^angulo entre os feixes incidentes (campos de escrita) leva a um forte alargamento do sinal de EIT e consequentemente uma alta taxa de descoer^ encia devido ao movimento at^omico. Neste trabalho investigamos experimentalmente, de forma sistem atica, o processo de armazenamento de luz em fun c~ao do ^angulo entre os feixes incidentes e relacionamos o tempo de armazenamento medido com a correspondente largura espectral do sinal de EIT.