Optical precursor is the sharp optical pulse front that does not show delay in absorptive media. In this thesis, optical precursor behavior in rubidium (Rb) vapor was investigated in the picoseconds regime. An amplified femtosecond laser was shaped to a 7-ps square pulse with sharp rising and trailing edges. This pulse was then sent into a hot rubidium vapor, and the center frequency of the laser pulse was absorbed. The output pulses were measured by a fast streak camera with 2-picosecond resolution. By varying the temperature of the Rb vapor, the measured pulse shapes showed the progression of formation of optical precursors. The measured pulses shapes showed good agreement with theory. On the other hand, a connection between optical precursors and femtosecond laser pumped 3-photon superradiance was investigated in this thesis. Maxwell-Bloch equations were numerically solved in two steps with commercial software Mathematica 8. A good agreement was found between simulation and experiment. It was confirmed that, at low excitation regime, superradiance generated from hot rubidium vapor, which were pumped by a femtosecond laser, can be understood as the formation of optical precursors.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2016-12-07T12:55:23Z No. of bitstreams: 1 Geimson Ayrcton dos Santos.pdf: 2542495 bytes, checksum: c8980a31079b32fd9ab6810390ce0a4d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-07T12:55:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Geimson Ayrcton dos Santos.pdf: 2542495 bytes, checksum: c8980a31079b32fd9ab6810390ce0a4d (MD5) Previous issue date: 2016-08-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work we study a resonant fluorescence signal generated by two-photon absorption in rubidium vapor, when the atomic system interacts with a continuous wave laser from a diode laser beam and one ultrashort pulse train from a femtosecond Ti:sapphire laser, in the ladder transition 5S1/2 -> 5P3/2 -> 5D5/2. The atoms contained in a closed and heated cells interact with the pair of laser beams in a co-propagating con guration. The laser beams have wavelengths of about 780 nm and linear and parallel polarization. We analyze the fluorescence signal detected forward, in the same direction of the incidence laser beams, as well as in the direction perpendicular to lasers ( fluorescence at 90º). We analyze the fluorescence signal at 421 nm generated by the spontaneous decay of the excited state 6P3/2 to the ground state 5S1/2 of rubidium, as a function of the many parameters of the system, such as: the signal polarization with respect to the polarization of the laser beams, the frequency and the intensity of the diode laser, and the atomic density of the sample. We observed saturation e ects on the fluorescence detected signal varying the intensity of the laser diode and the atomic density. E ects of an optical pumping from the diode laser beam on the fluorescence signal were observed and explained with a simple theoretical model. / Neste trabalho estudamos um sinal de fluorescência ressonante por dois fótons em vapor de rubídio ao interagir com um feixe de laser de diodo e com um laser de Ti:sa ra de femtossegundos na transição em cascata 5S1/2 -> 5P3/2 -> 5D5/2. Os átomos contidos em uma célula fechada e aquecida interagem com os feixes de lasers na configuração copropagante, tendo comprimentos de onda em torno de 780 nm e polarizações lineares e paralelas entre si. Analisamos o sinal de fluorescência detectado para frente, na direção de incidência dos lasers, bem como na direção perpendicular aos lasers (fluorescência a 90º ). Analisamos o sinal de fluorescência no comprimento de onda 421 nm devido ao decaimento espontâneo do estado excitado 6P3/2 para o estado fundamental 5S1/2, em função de vários parâmetros do sistema, como a polarização do sinal em relação a polarização dos lasers, em função da frequência de varredura do laser de diodo e em função da densidade atômica da amostra. Observamos efeitos de saturação no sinal de fluorescência variando-se a intensidade do laser de diodo e a densidade atômica. Efeitos de bombeio óptico do laser de diodo no sinal de fluorescência detectado também foram observados e explicados com um modelo teórico simples.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2016-12-07T13:31:46Z No. of bitstreams: 1 Carlos Henrique da Silva.pdf: 6944049 bytes, checksum: 14cd1ecdacc3a1c356355f918de0a35b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-07T13:31:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carlos Henrique da Silva.pdf: 6944049 bytes, checksum: 14cd1ecdacc3a1c356355f918de0a35b (MD5) Previous issue date: 2016-08-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work shows the results of an experimental study of the generation of a fluorescence signal in the blue range of the electromagnetic spectrum (421 nm), when a Rubidium atomic vapor inside a heated optical cell interacts with a pair of laser beams, one cw from a diode laser (in the transition 5S1/2 -> 5P3/2) and one ultrashort pulse train from a Ti:sapphire laser (in the transition 5P3/2 -> 5D5/2). The laser beams pass through the vapor cell in a copropagating con guration and are focused into the cell, having perpendicular polarizations. We have observed coherent and acumulation e ects in the system, because the lifetimes of the excited states are larger than the temporal interval between the optical pulses. Both lasers have wavelengths near 780 nm, although the pulsed laser has a large bandwidth and can make a non-ressonant two-photon transition at the wavelengths 780 nm and 776 nm. The excited atoms can decay to the ground state (5S1/2) by the intermediate state 6P3/2, emiting a fluorescence signal in the blue range at 421 nm. We study the response of the fluorescence signal as a function of the many parameters of the system, such as: the frequency and the intensity of the diode laser, the atomic density in the optical cell, and the e ect of an optical pump from the diode laser on the detected signal. / Este trabalho apresenta os resultados de um estudo experimental da geração de fluorescência na região azul do espectro (421 nm), quando um vapor de rubídio contido em uma célula aquecida interage com um feixe de laser de diodo contínuo (na transição 5S1/2 -> 5P3/2) e um feixe de laser de pulsos ultracurtos de Ti:safira (na transição 5P3/2 _> 5D5/2). Os feixes de laser são focalizados copropagantes no centro da célula óptica de rubídio, tendo polarizações perpendiculares. Efeitos de acumulação coerente são esperados no sistema, uma vez que os tempos de vida dos estados excitados são muito maiores do que o intervalo temporal entre os pulsos do laser de Ti:safira. Ambos os lasers operam com comprimentos de ondas em torno de 780 nm, por em o laser pulsado por ter uma largura de banda elevada consegue fazer uma transição de dois fótons não ressonante nos comprimentos de onda em 780 nm e 776 nm. Os átomos excitados podem decair para o estado fundamental (5S1/2) através do estado intermediário 6P3/2, emitindo a fluorescência no azul em 421 nm. Estudamos a resposta desta fluorescência quando variamos alguns parâmetros como: a frequência e a intensidade do laser de diodo, a densidade atômica da célula, e a influência do bombeio óptico do laser de diodo no sinal.

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Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2017-04-25T19:25:57Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) ACGW_Dissertação.pdf: 2393143 bytes, checksum: 1dc4bede5ad081bffd11e546c86a753a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T19:25:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) ACGW_Dissertação.pdf: 2393143 bytes, checksum: 1dc4bede5ad081bffd11e546c86a753a (MD5) Previous issue date: 2016-07-26 / CNPQ / Apresentamos um estudo da interação de um laser de femtosegundos de Ti:safira, com alta taxa de repetição, com vapor atômico de Rubídio. Trabalhamos no regime de acumulação coerente, em que o tempo de relaxação dos átomos do meio é maior que o tempo entre os pulsos. Para sondar a excitação produzida pelo laser pulsado sobre os vários grupos de velocidades atômicos usamos um laser contínuo de diodo. Estudamos a transmissão do laser de diodo em função de sua frequência, na presença e na ausência do laser pulsado, quando ambos os lasers estão sintonizados na transição 5S1=2 !5P3=2. Os resultados experimentais mostram que a transmissão do laser de diodo aumenta ou diminui dependendo do modo do pente de frequências que está interagindo com o grupo de átomos. Descrevemos os resultados experimentais trabalhando no domínio da frequência e modelando o meio atômico por um conjunto de dois sistemas de três níveis tipo L e um sistema de dois níveis, todos independentes entre si, interagindo com os modos do pente de frequência. Assim, a modelagem teórica considera os vários níveis hiperfinos e discrimina a interação com a transição cíclica do efeito de bombeio ótico, apresentado um resultado em concordância com os dados experimentais obtidos. O experimento foi realizado sem travar a taxa de repetição nem a frequência de off-set do laser de femtosegundos. / We present a study of the interaction of a high repetition rate femtosecond Ti:sapphire laser with a vapor atomic rubidium. We work on coherent accumulation regime, in which the atomic relaxation time is greater than the time interval between pulses. The action of the ultrashortpulsed laser over different atomic velocity groups is probed by a diode laser. We studied the transmission of the diode laser as a function of frequency, with and without the presence of the ultrashort-pulsed laser, when both lasers are tuned to 5S1=2!5P3=2 transition. The experimental results show that the diode laser transmission increases or decreases depending on the mode of the frequency comb that interacts with different velocity groups. The experimental results are described in the frequency domain and the atomic system is modeled by a set of two threelevel L systems and a system of two-level all independent and interacting with the frequency comb modes. The theoretical treatment considers the hyperfine transitions and distinguishes the interaction between the cyclic transitions from optical pumping effect, showing results in good agreement with the experimental data. The experiment is performed without lock repetition rate or the off-set frequency of the femtosecond Ti:sapphire laser.