We have developed a technique to produce, manipulate and trap Rb2 molecules with a single optical beam. This beam is generated by a high-power fiber amplifier (50 W of total output power) in the 1060 to 1070 nm range, which is seeded by two light sources: a sharp-band laser and a broadband superluminescent diode. The laser source is tuned to produce Rb2 molecules from an ultracold 85Rb sample via photoassociation. The broadband spectrum vibrationally cool the molecules by optical pumping. This source is spectrally shaped in order to populate the molecules at the fundamental vibrational state ν = 0. The molecular sample is probed by two-photon ionization, promoted by a pulsed dye laser in the 475 to 480 nm range. By scanning the photoassociation laser frequency, we have obtained a photoassociation spectrum of the ν\' = 138 state of the 0+u potential, confirming previous observations. We have also obtained two vibrational spectra of the molecules by varying the ionization laser frequency, in the presence and absence of the broadband source. The comparison between the two spectra, along with ab-initio data, provides evidences that the molecules are optically pumped to the fundamental vibrational state. / Desenvolvemos uma técnica para produzir, manipular e aprisional moléculas de Rb2 com um único feixe óptico. Esse feixe é gerado por um amplificador de alta potência (50 W de potência total de saída) na faixa de 1060 a 1070 nm, que é alimentado por duas fontes de luz: um laser banda estreita e um diodo superluminescente banda larga. O laser é sintonizado para produzir moléculas de Rb2 a partir de uma amostra ultrafria de 85Rb via fotoassociação. O espectro banda larga resfria vibracionalmente as moléculas, por bombeamento óptico. Essa fonte de luz tem seu espectro formatado de modo a deixar as moléculas em seu estado vibracional fundamental ν = 0. A amostra molecular é testada por ionização de dois fótons, promovida por um laser de diodo pulsado na faixa de 475 a 480 nm. Variando a frequência do laser de fotoassociação, obtivemos um espectro de fotoassociação do estado ν\' = 138 do potencial 0+u, confirmando observações anteriores. Obtivemos também dois espectros vibracionais das moléculas variando a frequência do laser de ionização, com e sem a fonte banda larga. Uma comparação entre os dois espectros, junto de dados ab-initio, fornece evidências de que as moléculas são opticamente bombeadas para o estado vibracional fundamental.

Neste trabalho, apresentamos uma montagem experimental capaz de aprisionar átomos de K e Rb simultaneamente em uma armadilha óptica de dipolo cruzada. Contudo, para atingir este feito foi necessário, durante o desenvolvimento do projeto, estudar cada espécie atômica de forma isolada. Assim, desenvolvemos uma técnica inédita para carregar uma armadilha de dipolo diretamente de uma armadilha magneto-óptica de 39K, constatando a importância da estrutura hiperfina do estado 4P3/2 no processo de carregamento. Também observamos e explicamos o processo de fotoassociação de Rb devido ao laser em 1071 nm, inclusive a diferença isotópica entre 85Rb e 87Rb. Na sequência, realizamos o carregamento duplo com K e Rb na armadilha e observamos a fotoassociação de KRb. Um modelo teórico simples prevê a distribuição dos níveis vibracionais obtidos. O mesmo modelo abre caminho para um possível bombeamento óptico para a produção e acúmulo de moléculas de KRb no estado X1Σ+ (v = 0). / In this paper, we present an experimental setup to simultaneously trap atoms of K and Rb in a crossed optical dipole trap. This accomplishment required the individual study of each atomic species during the project development. This allowed the development of a new technique for loading a dipole trap directly from a magneto-optical trap of 39K, providing evidence of the importance of the hyperfine structure of the state 4P3/2 in the loading process. We also observe and explain the photoassociation process of Rb2 due to the dipole trap laser at 1071 nm, including an isotopic difference between 85Rb and 87Rb. In the sequence, we performed dual species loading of K and Rb and observed the photoassociation process of KRb. A simple theoretical model predicts the final distribution of vibrational levels obtained. The same model provides a potential path to optically pump the molecules and accumulate them in the molecular ground state X1Σ+ (v = 0) for KRb.

Submitted by Murilo Deliberali Forlevesi null (forlevesi@gmail.com) on 2017-10-02T23:49:59Z No. of bitstreams: 1 Tese Mestrado.pdf: 5097523 bytes, checksum: 3d85c58a65e1e0f4ff951cafa69bb7e5 (MD5) / Approved for entry into archive by Monique Sasaki (sayumi_sasaki@hotmail.com) on 2017-10-03T16:12:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 forlevesi_md_me_rcla.pdf: 5097523 bytes, checksum: 3d85c58a65e1e0f4ff951cafa69bb7e5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-03T16:12:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 forlevesi_md_me_rcla.pdf: 5097523 bytes, checksum: 3d85c58a65e1e0f4ff951cafa69bb7e5 (MD5) Previous issue date: 2017-07-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo deste trabalho é estudar a dinâmica e o controle da fotodissociação de uma molécula diatômica submetida a um potencial rugoso, o qual é aplicado em diversas áreas da ciência para modelar processos naturais, através da introdução de uma perturbação dependente do tempo e de um termo dissipativo. O estudo faz uma análise inicial das alterações que ocorrem na dinâmica de uma molécula submetida ao potencial de Morse rugoso, em seguida o sistema é perturbado através da introdução de um campo elétrico, é mostrado um estudo no potencial sem a rugosidade que consiste na criação de um mecanismo para gerar trajetórias estáveis em regiões de transição de energia, faz-se uma aplicação deste resultado visando o controle do processo de fotoassociação. Para o potencial de Morse rugoso forçado estuda-se a dinâmica do sistema, a qual revela o aparecimento de novas regiões de estabilidade na vizinhança do mínimo de potencial, a probabilidade de fotodissociação molecular para este sistema é analisada com ênfase no controle dos parâmetros (constantes do termo rugoso) . Por fim introduz-se a dissipação e é feito um estudo da convergência das diversas condições iniciais para regiões específicas do espaço de fase o que mostra que a rugosidade pode ser utilizada como um mecanismo de atração de trajetórias. / The objective of this work is to study the dynamics and the control of the photodiscitation of a molecule submitted to a rough potential, which has been shown to be applied in diverse areas of science to model natural processes, through the introduction of a time and time dependent perturbation Dissipative. The study makes an initial analysis of the changes that occur in the dynamics of a molecule subjected to the rough Morse potential, then the system is disturbed by the introduction of an electric field, a study is shown in the potential without the roughness consisting in the creation of A mechanism to generate stable trajectories in regions of energy transition is made an application of this result aiming the control of the photoassociation process. For the forced roughness morse potential, we study the dynamics of the system, which reveals the appearance of new stability regions in the vicinity of the minimum potential, the probability of molecular photodissociation for this system is analyzed with emphasis on the control of the parameters Of the rough term). Finally the dissipation is introduced and an analysis is made of the convergence of the various initial conditions for specific regions of the phase space which shows that the roughness can be used with a trajectory attraction mechanism.

We have developed a technique to produce, manipulate and trap Rb2 molecules with a single optical beam. This beam is generated by a high-power fiber amplifier (50 W of total output power) in the 1060 to 1070 nm range, which is seeded by two light sources: a sharp-band laser and a broadband superluminescent diode. The laser source is tuned to produce Rb2 molecules from an ultracold 85Rb sample via photoassociation. The broadband spectrum vibrationally cool the molecules by optical pumping. This source is spectrally shaped in order to populate the molecules at the fundamental vibrational state ν = 0. The molecular sample is probed by two-photon ionization, promoted by a pulsed dye laser in the 475 to 480 nm range. By scanning the photoassociation laser frequency, we have obtained a photoassociation spectrum of the ν\' = 138 state of the 0+u potential, confirming previous observations. We have also obtained two vibrational spectra of the molecules by varying the ionization laser frequency, in the presence and absence of the broadband source. The comparison between the two spectra, along with ab-initio data, provides evidences that the molecules are optically pumped to the fundamental vibrational state. / Desenvolvemos uma técnica para produzir, manipular e aprisional moléculas de Rb2 com um único feixe óptico. Esse feixe é gerado por um amplificador de alta potência (50 W de potência total de saída) na faixa de 1060 a 1070 nm, que é alimentado por duas fontes de luz: um laser banda estreita e um diodo superluminescente banda larga. O laser é sintonizado para produzir moléculas de Rb2 a partir de uma amostra ultrafria de 85Rb via fotoassociação. O espectro banda larga resfria vibracionalmente as moléculas, por bombeamento óptico. Essa fonte de luz tem seu espectro formatado de modo a deixar as moléculas em seu estado vibracional fundamental ν = 0. A amostra molecular é testada por ionização de dois fótons, promovida por um laser de diodo pulsado na faixa de 475 a 480 nm. Variando a frequência do laser de fotoassociação, obtivemos um espectro de fotoassociação do estado ν\' = 138 do potencial 0+u, confirmando observações anteriores. Obtivemos também dois espectros vibracionais das moléculas variando a frequência do laser de ionização, com e sem a fonte banda larga. Uma comparação entre os dois espectros, junto de dados ab-initio, fornece evidências de que as moléculas são opticamente bombeadas para o estado vibracional fundamental.

Neste trabalho, apresentamos uma montagem experimental capaz de aprisionar átomos de K e Rb simultaneamente em uma armadilha óptica de dipolo cruzada. Contudo, para atingir este feito foi necessário, durante o desenvolvimento do projeto, estudar cada espécie atômica de forma isolada. Assim, desenvolvemos uma técnica inédita para carregar uma armadilha de dipolo diretamente de uma armadilha magneto-óptica de 39K, constatando a importância da estrutura hiperfina do estado 4P3/2 no processo de carregamento. Também observamos e explicamos o processo de fotoassociação de Rb devido ao laser em 1071 nm, inclusive a diferença isotópica entre 85Rb e 87Rb. Na sequência, realizamos o carregamento duplo com K e Rb na armadilha e observamos a fotoassociação de KRb. Um modelo teórico simples prevê a distribuição dos níveis vibracionais obtidos. O mesmo modelo abre caminho para um possível bombeamento óptico para a produção e acúmulo de moléculas de KRb no estado X1Σ+ (v = 0). / In this paper, we present an experimental setup to simultaneously trap atoms of K and Rb in a crossed optical dipole trap. This accomplishment required the individual study of each atomic species during the project development. This allowed the development of a new technique for loading a dipole trap directly from a magneto-optical trap of 39K, providing evidence of the importance of the hyperfine structure of the state 4P3/2 in the loading process. We also observe and explain the photoassociation process of Rb2 due to the dipole trap laser at 1071 nm, including an isotopic difference between 85Rb and 87Rb. In the sequence, we performed dual species loading of K and Rb and observed the photoassociation process of KRb. A simple theoretical model predicts the final distribution of vibrational levels obtained. The same model provides a potential path to optically pump the molecules and accumulate them in the molecular ground state X1Σ+ (v = 0) for KRb.

Neste trabalho apresentamos a construção de um novo sistema experimental para aprisionamento de átomos e moléculas. Trata-se de uma armadilha de dipolo cruzada totalmente óptica, formada por um laser de fibra com 40 W de potência com comprimento de onda em 1064 nm. Nesse sistema foi demonstrado o aprisionamento de átomos Rb e K e moléculas Rb2. Realizamos dois experimentos distintos neste se novo sistema: No primeiro, estudamos a evolução temporal de amostras dos isótopos 85Rb e 87Rb na armadilha de dipolo cruzada. Pudemos medir pela primeira vez o processo de mudança de estrutura hiperfina em átomos sem a presença de luz ressonante, e observamos a fotoassociação dos átomos pelo laser da armadilha de dipolo. E no segundo, desenvolvemos uma técnica que permite o estudo rápido e direto do decaimento no número de moléculas de Rb2 na armadilha. Com essa técnica, observamos também o comportamento dessas moléculas na presença de átomos preparados em um determinado estado hiperfino do estado fundamental. Estes resultados juntamente com um desenvolvimento teórico, nos sugerem novas perspectivas rumo a produção de um sistema que possa produzir e aprisionar moléculas KRb no estado fundamental 1Σ+ (v = 0). / In this work, we present the construction of a new experimental system for trapping atoms and molecules. It is an all optical crossed dipole trap, formed by a fiber laser with 40 W of power at 1064 nm. In this system, we have trapped K and Rb atoms as well as Rb2 molecules. We have carried out two experiments in this new system. In the first, we studied the temporal evolution of atomic samples of different isotopes, 85Rb and 87Rb, in the crossed trap dipole. We were able to measure for the first time the hyperfine-changing collisions of atoms in the absence of resonant light, and we have observed photoassociation of atoms by the dipole trap laser beam. In the other experiment, we have developed a technique that allows us to study the trapped molecule population decay in the trap. It was also observed the molecule population decay in the presence of atoms prepared in a given hyperfine state of the ground state. These results together with a theoretical development may suggest us new perspectives towards the production of a system that can produce and trap KRb molecules in the ground state 1Σ+ (v = 0).

Neste trabalho, estudamos a fotoassociação de átomos de rubídio no regime de curto alcance. Realizamos espectroscopia por perda de átomos em uma armadilha magneto-óptica de 85Rb usando um laser de fibra de alta potência, o qual possuia largura de linha da ordem de 1MHz e 50W de potência no intervalo de 1060nm a 1070nm. Dois níveis vibracionais do potencial excitado 0u+ foram observados (v=137 e v=138). Além disso, medimos o tempo de vida de uma armadilha óptica de dipolo cruzada. Como esperado, o tempo de vida é menor quando o laser está sintonizado na ressonância. Um modelo teórico prevê a distribuição dessas moléculas nos níveis vibracionais do estado eletrônico fundamental após o processo de fotoassociação. Os resultados, nos sugerem perspectivas para a produção de moléculas de Rb2 no estado vibracional fundamental. / In this work, we studied short-range photoassociation of rubidium atoms. We realize trap-loss spectroscopy in a magneto-optical trap of 85Rb using high power fiber laser, which had around 1MHz linewidth and 50W power at 1060nm to 1070nm interval. Two vibrational levels of the 0u+ excited potential were observed (v=137 e v=138). Besides that, we measured the lifetime of a crossed optical dipole trapped. As expected, the lifetime is shorter when the laser is tuned on resonance. A theoretical model predicts the molecular distribution in the vibrational levels of electronic ground state. The results suggest us perspectives to produce Rb2 molecules in the ground vibrational state.

Neste trabalho apresentamos a construção de um novo sistema experimental para aprisionamento de átomos e moléculas. Trata-se de uma armadilha de dipolo cruzada totalmente óptica, formada por um laser de fibra com 40 W de potência com comprimento de onda em 1064 nm. Nesse sistema foi demonstrado o aprisionamento de átomos Rb e K e moléculas Rb2. Realizamos dois experimentos distintos neste se novo sistema: No primeiro, estudamos a evolução temporal de amostras dos isótopos 85Rb e 87Rb na armadilha de dipolo cruzada. Pudemos medir pela primeira vez o processo de mudança de estrutura hiperfina em átomos sem a presença de luz ressonante, e observamos a fotoassociação dos átomos pelo laser da armadilha de dipolo. E no segundo, desenvolvemos uma técnica que permite o estudo rápido e direto do decaimento no número de moléculas de Rb2 na armadilha. Com essa técnica, observamos também o comportamento dessas moléculas na presença de átomos preparados em um determinado estado hiperfino do estado fundamental. Estes resultados juntamente com um desenvolvimento teórico, nos sugerem novas perspectivas rumo a produção de um sistema que possa produzir e aprisionar moléculas KRb no estado fundamental 1Σ+ (v = 0). / In this work, we present the construction of a new experimental system for trapping atoms and molecules. It is an all optical crossed dipole trap, formed by a fiber laser with 40 W of power at 1064 nm. In this system, we have trapped K and Rb atoms as well as Rb2 molecules. We have carried out two experiments in this new system. In the first, we studied the temporal evolution of atomic samples of different isotopes, 85Rb and 87Rb, in the crossed trap dipole. We were able to measure for the first time the hyperfine-changing collisions of atoms in the absence of resonant light, and we have observed photoassociation of atoms by the dipole trap laser beam. In the other experiment, we have developed a technique that allows us to study the trapped molecule population decay in the trap. It was also observed the molecule population decay in the presence of atoms prepared in a given hyperfine state of the ground state. These results together with a theoretical development may suggest us new perspectives towards the production of a system that can produce and trap KRb molecules in the ground state 1Σ+ (v = 0).

Neste trabalho, estudamos a fotoassociação de átomos de rubídio no regime de curto alcance. Realizamos espectroscopia por perda de átomos em uma armadilha magneto-óptica de 85Rb usando um laser de fibra de alta potência, o qual possuia largura de linha da ordem de 1MHz e 50W de potência no intervalo de 1060nm a 1070nm. Dois níveis vibracionais do potencial excitado 0u+ foram observados (v=137 e v=138). Além disso, medimos o tempo de vida de uma armadilha óptica de dipolo cruzada. Como esperado, o tempo de vida é menor quando o laser está sintonizado na ressonância. Um modelo teórico prevê a distribuição dessas moléculas nos níveis vibracionais do estado eletrônico fundamental após o processo de fotoassociação. Os resultados, nos sugerem perspectivas para a produção de moléculas de Rb2 no estado vibracional fundamental. / In this work, we studied short-range photoassociation of rubidium atoms. We realize trap-loss spectroscopy in a magneto-optical trap of 85Rb using high power fiber laser, which had around 1MHz linewidth and 50W power at 1060nm to 1070nm interval. Two vibrational levels of the 0u+ excited potential were observed (v=137 e v=138). Besides that, we measured the lifetime of a crossed optical dipole trapped. As expected, the lifetime is shorter when the laser is tuned on resonance. A theoretical model predicts the molecular distribution in the vibrational levels of electronic ground state. The results suggest us perspectives to produce Rb2 molecules in the ground vibrational state.

Neste trabalho, determinamos a constante de taxa de formação molecular para a molécula Rb2, e observamos o comportamento desta constante de taxa como função da intensidade e da freqüência da luz responsável pelo processo de fotoassociação. Nesse sentido, realizamos uma série de experimentos com o intuito de alcançarmos um melhor entendimento sobre o processo de formação molecular e detecção. Neste trabalho aprisionamos os átomos em duas configurações geométricas espaciais diferentes, na forma esférica e na forma de anel. Com os átomos confinados na configuração de anel, desenvolvemos uma nova técnica para o estudo de processos colisionais ultrafrios, onde a existência de eixo preferencial de colisão faz com os átomos aprisionados no anel se comportem com um mini-feixe atômico ultrafrio. / We present a systematic study of the Rb2 molecular dimmers formed in a MOT. We start with the determination of the molecular formation rate constant and have studied it\'s as function of the laser intensity and frequency used in the photoassociation process. The results provided more insights to help the understanding in the molecular formation process We have also probed samples in which the cold atoms were trapped by different geometries with and without a preferential collision axis: spherical/ring shaped MOTs. It was observed that the atoms in the ring shaped MOT present special features due to the collisional axis. This means that they behave like a miniature atomic beam which can be used in many other future experiments.