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Previous issue date: 2013-07-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The response of a material to an incident radiation can be described in terms of the
susceptibility of the medium. In an atomic vapor, this susceptibility strongly depends on
the frequency of the radiation and can vary over several orders of magnitude near the
resonance. When a material is illuminated by light whose electric field is intense, the
Kerr effect may become significant, showing a linear variation of the refractive index as a
function of the intensity of the laser beam. Several techniques allow the measurement of
this nonlinear effect. One of the simplest and most accurate is the z-scan technique. It
consists in moving the medium to be probed along the axis of a focused laser beam. The
transmittance through an aperture is measured as a function of the cell position and the
obtained curve allows one to determine the nonlinear refractive index (n2) of the material. In this work, we investigate the nonlinear refractive index of a vapor of cesium atoms. We used the z-scan technique for various detunings around the Cs D2 transition (wavelength
at 852 nm). To monitor the frequency of the laser, we simultaneously used an
auxiliary saturated absorption setup and a Fabry-Perot analyzer. Through simple relationships
between n2 and the aperture transmittance, we obtained a value for n2 as a
function of the laser detuning. A theoretical model was developed to be compared to our experimental results. We
used the density matrix formalism to calculate n2, taking into account the velocity distribution
of the atoms in the calculation of the matrix elements. We started by treating
the atoms as two-level systems, which allows us to test different limits of velocity integration.
We then carried out a more realistic model for the D2 line of Cs, considering one
fundamental level and three excited levels. We showed that for each hyperfine transition,
the third-order fundamental-excited coherence depends on the population of the excited
states as well as on the coherence created between the excited levels. To our knowledge, our experimental results are the first measurements of n2 for a
cesium vapor, using the z-scan technique. The measured values of n2 are consistent with
our theoretical calculations. / A resposta de um meio material à radiação incidente pode ser descrita em termos da
susceptibilidade ótica desse meio. Em vapores atômicos, essa susceptibilidade depende
fortemente da freqüência da radiação e pode variar, em torno da ressonância, por várias
ordens de grandeza. Quando um material é iluminado por um feixe de luz cujo campo
elétrico é muito intenso, evidencia-se o efeito Kerr, ou seja, o próprio índice de refração
do material varia linearmente com a intensidade do feixe laser. Para medir esse efeito não
linear da polarização do material, existem varias técnicas na literatura. Uma das mais
simples e precisa é a varredura z (z-scan). O z-scan consiste em deslocar o meio a ser estudado
ao longo do eixo de um feixe laser focalizado. Mede-se então a transmitância através
de uma abertura, em função da posição da célula. A partir dessa curva de transmitância,
é possível determinar o índice de refração não linear do material.
Neste trabalho, investigamos a dependência espectral do índice de refração não linear
do vapor atômico de césio. Realizamos experimentos com a técnica z-scan para várias
dessintonizações na linha D2 (comprimento de onda de 852 nm). O monitoramento da
freqüência do laser é feito através de uma montagem auxiliar de absorção saturada e de
uma cavidade Fabry-Pérot. Utilizando relações simples entre n2 e a transmitância na
abertura, obtivemos um valor de n2 para cada dessintonização.
Para interpretar os resultados experimentais, usamos o formalismo de matriz densidade
para calcular teoricamente o n2. No cálculo dos elementos da matriz densidade,
deve-se levar em consideração a distribuição de velocidades dos átomos. Iniciamos nosso
modelo tratando os átomos como sistemas de dois níveis, com o objetivo de compreender
os diferentes limites da integração em velocidade. Em seguida passamos para um modelo
mais realista para a linha D2 do Cs envolvendo um nível fundamental e três excitados.
Mostramos que, para cada transição hiperfina, a coerência fundamental-excitada de terceira
ordem depende de efeito de população dos estados excitados e da coerência criada
entre eles.
Nossos resultados experimentais são, até onde sabemos, as primeiras medidas usando
z-scan para a obtenção do indice de refração de vapor de césio. Os valores medidos de n2
são condizentes com os nossos cálculos teóricos.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.biblioteca.ufpb.br:tede/5739 |
| Date | 23 July 2013 |
| Creators | Araújo, Michelle Oliveira de |
| Contributors | Oriá, Marcos César Santos, Silans, Thierry Marcelino Passerat de |
| 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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