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Previous issue date: 2014-02-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / When one focus a radiation in an atomic vapor, the radiation may undergo absorption
and emission several times before the photons leave the cell volume that contains the
vapor. As a result of these several scattering occurring inside the cell, the spectral profile
of the incident radiation undergoes an evolution, which is governed by the mechanisms
of frequency redistribution. There are two kinds of frequency redistribution: a Partial
Frequency Redistribution (PFR) and a Complete Frequency Redistribution (CFR). When
there is a correlation between the emission and absorption frequencies, we say that a PFR
occurred. Otherwise, when there is no correlation between the absorbed and emitted frequencies,
we say that a CFR occurred. This frequency redistribution has its origin in the
inhomogeneity of the spectral profiles of the incident radiation and the response of the
resonant vapor. It may be noted also that this inhomogeneity determines the distribution
of step lengths of photons in an atomic vapor. The photons which propagate through this
atomic medium perform a random walk between successive processes of absorption and
emission, whose step length r is described by a probability distribution so-called "long
tail". However, the superdifusive behavior of these photons is characterized by a single
step length, which decreases asymptotically following a power law P(r) r with < 3.
In this work we study, on a hand, the frequency redistribution in two parts: the first one
is for several detunings of the radiation relative to the absorption center and we fix the
vapor density, and, at a second part, we fixed the radiation detuning of the radiation and
we changed the atomic density. In our numerical model, we studied rubidium atoms, by
considering its optically active electronic structure with only two levels of energy and we
excited it at the frequency of its D2 line. For the second part of this work, we analyzed
numerically the exponent of the power law for the probability distribution of the single
step lengths of the photons in an atomic vapor for absorption spectra and modified emission.
For the last part of this work, we developed an experimental model to analyze the
frequency redistribution, where the emitted photons coming out of the cell volume are
collected in a certain solid volume by a lens of a few centimeters, directed through a fiber
for analysis by a Fabry-Perot. Furthermore, an experimental setup has been developed
to generate the probability distribution of photon steps, where we modified the spectra of
the incident radiation or absorption. In the case of the incident radiation, it is guided by
a fiber towards a second cell where a CCD camera with high sensitivity allows measuring
the length of individual photon steps. / Quando incide-se uma radiação em um vapor atômico, esta pode sofrer processos de
absorção e de emissão várias vezes antes que os fótons saiam do volume da célula que
contém o vapor. Em consequência destes diversos espalhamentos, que ocorrem no interior
da célula, o prol espectral da radiação incidente sofre uma evolução, o qual é regido
pelos mecanismos de redistribuição em frequências. Existem dois tipos de redistribuição
em frequências, a Redistribuição Parcial em Frequências (PFR) e a Redistribuição Completa
em Frequências (CFR). Quando existe correlação entre a frequência de emissão e
da absorção, dizemos que ocorreu uma PFR. Caso contrário, quando não há quaisquer
correlação entre as frequências absorvidas e emitidas, dizemos que ocorreu CFR. Esta
redistribuição em frequências tem sua origem na inomogeneidade dos perfis espectrais da
radiação incidente e da resposta do vapor ressonante. Pode-se destacar, também, que
esta inomogeneidade determina a distribuição dos comprimentos de passos dos fótons no
vapor atômico. Os fótons que propagam-se neste meio atômico executam um passeio
aleatório entre sucessivos processos de absorção e emissão, cujo comprimentos dos passos
r é descrito por uma distribuição de probabilidade de dita "cauda longa". Contudo, o
comportamento superdifusivo destes fótons é caracterizado por um comprimento de passo
único, decaindo assintoticamente como uma lei de potência P(r) r com < 3. Neste
trabalho estamos estudando, de uma parte, a redistribuição em frequências em duas etapas,
sendo a primeira para diversas dessintonizações da radiação em relação ao centro de
absorção, mantendo-se fixa a densidade do vapor e, em uma segunda etapa, deixamos fixa a
dessintonização da radiação, variando-se a densidade atômica. Em nosso modelo numérico estudamos átomos de rubídio, considerando sua estrutura eletrônica oticamente ativa com
apenas dois níveis de energia e excitado na frequência de sua linha D2. Para a segunda
parte deste trabalho analisamos, de forma numérica, o expoente da lei de potência para
a distribuição de probabilidade dos comprimentos de passos individuais dos fótons em
um vapor atômico para espectros de absorção e emissão modificados. Para a última parte
deste trabalho, desenvolveu-se um modelo experimental para analisar a redistribuição em
frequências, onde os fótons emitidos que saem do volume da célula são coletados em certo
volume sólido por uma lente de alguns centímetros, direcionados através de uma fibra para
análise por um Fabry-Pérot. Além disso, foi desenvolvido uma técnica experimental para
gerar a distribuição de probabilidade de passos dos fótons onde modificamos os espectros
da radiação incidente ou de absorção. No caso da radiação incidente, esta é guiada por
uma fibra para uma segunda célula, onde uma câmera CCD, de sensibilidade elevada,
permite medir o comprimento de passos individuais dos fótons.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.biblioteca.ufpb.br:tede/5741 |
| Date | 21 February 2014 |
| Creators | Carvalho, João Carlos de Aquino |
| Contributors | Chevrollier, Martine Patricia Arlette |
| Publisher | Universidade Federal da Paraíba, Programa de Pós-Graduação em Física, UFPB, BR, Física |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB, instname:Universidade Federal da Paraíba, instacron:UFPB |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | -8949983414395757341, 600, 600, 600, 600, -6618910597746734213, -8327146296503745929, 2075167498588264571 |
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