Figura 4.5 – Esquema de isolamento e conex˜ao das resistˆencias e termopares da parte (II) do forno. Em cinza est´a representado o revestimento isolante e em verde a pe¸ca de alum´ınio para melhorar o contato t´ermico e em amarelo a resistˆencia el´etrica.
externas, como mostrado na Figura 4.6.
Figura 4.6– Isolamento e conex˜ao das resistˆencias e termopares parte (III) do forno.
4.2
Montagem experimental
Nos experimentos usamos trˆes lasers, dois lasers semicondutores e um laser de He-Ne. Um dos lasers de diodo, que chamamos de laser de bombeio, ´e usado para induzir a forma¸c˜ao do filme met´alico. Os outros dois lasers s˜ao usados para sondar o processo de adsor¸c˜ao induzida. O segundo laser de diodo ´e usado na t´ecnica de reflex˜ao seletiva modulada em frequˆencia
RS-FM (ver se¸c˜ao 4.3.2). Com o laser de He-Ne, medimos a transmiss˜ao e a reflex˜ao `a medida que formamos o filme met´alico, obtendo a espessura efetiva do filme, assim como a
4.2. Montagem experimental 57
sua taxa de crescimento, atrav´es da absor¸c˜ao do laser atrav´es do filme.
Montagem ´otica
Os dois lasers semicondutores (Toptica), tˆem uma cavidade externa com grade de difra¸c˜ao em configura¸c˜ao Littrow e possuem largura de linha de ordem da 1, 0 MHz. Um dos lasers passa por um amplificador ´otico (Tapered Amplifier), gerando uma potˆencia m´axima de sa´ıda de 500 mW. Esse laser ´e usado para induzir o processo de adsor¸c˜ao (laser de bombeio). Na Figura 4.7 est˜ao representados tanto a montagem ´otica como o laser de bombeio.
Na sa´ıda do diodo laser (aproximadamente 80 mW) ´e colocado um isolador ´otico (60 dB) evitando realimenta¸c˜ao ´otica que poderia desestabilizar a frequˆencia de emiss˜ao. O feixe ´e dividido por um divisor de feixe, D1 70/30 (70 % transmiss˜ao e 30 % reflex˜ao). A parte
refletida ´e enviada para o amplificador ´otico, que possui na entrada um sistema de transla¸c˜ao xyz para o ajuste do acoplamento ´otico. Na sa´ıda do amplificador, o feixe ´e colimado por duas lentes, uma lente esf´erica e em seguida uma lente cil´ındrica, usada para corrigir a forte divergˆencia do feixe em uma das dire¸c˜oes. Depois, coloca-se um isolador ´otico (60 dB) para evitar realimenta¸c˜ao ´otica no amplificador.
Na sa´ıda do isolador, o feixe ´e polarizado perpendicularmente ao plano da mesa ´otica. Para controle da potˆencia e polariza¸c˜ao usamos uma lˆamina de atraso de fase (λ/2) mais um polarizador Glan-Foucault P1 (Figura 4.7). O polarizador ´e alinhado para deixar passar
a polariza¸c˜ao perpendicular ao plano da mesa. A potˆencia do laser ´e variada girando-se a lˆamina de atraso de fase. Na sa´ıda do polarizador colocamos um filtro espacial, composto por uma objetiva de microsc´opio (f = 0, 5 mm) um pinhole de 25 µm e uma segunda lente (f = 1, 5 cm) para colimar o feixe, que ´e enviado para a c´elula de prova. ´E necess´ario usar o filtro espacial, pois o perfil do feixe na sa´ıda do amplificador apresenta uma s´erie de irregularidades, como buracos.
No divisor de feixe D1 (Figura 4.7), o feixe transmitido ´e enviado para duas c´elulas de
referˆencia e para uma cavidade Fabry-P´erot de intervalo espectral livre 1,5 GHz, usada como escala de frequˆencia e para verificar se o laser est´a monomodo. Ambas as c´elulas de referˆencia s˜ao usadas para monitorar a frequˆencia do laser de bombeio. A primeira c´elula, com 2 cm de comprimento, `a temperatura ambiente permite definir a sintoniza¸c˜ao do laser em torno
4.2. Montagem experimental 58
4.2. Montagem experimental 59
da linha atˆomica dentro da largura Doppler (absor¸c˜ao linear).
Na segunda c´elula, monitoramos a fluorescˆencia induzida no vapor atˆomico pelo laser. Para isso, ´e necess´ario uma alta densidade de vapor. A c´elula ´e ent˜ao colocada em um forno e sua temperatura controlada com um sistema eletrˆonico. O espectro de fluorescˆencia apresenta um buraco no centro da ressonˆancia atˆomica, como mostrado na Figura 4.8 e discutido na se¸c˜ao 4.3. Calibramos a separa¸c˜ao entre os dois picos laterais em fun¸c˜ao da densidade
Figura 4.8– Na figura mostramos, (a) Espectro de absor¸c˜ao linear na c´elula de referˆencia de 2 cm de comprimento a 22◦C e (b) Espectro de fluorescˆencia na c´elula de referˆencia a 190◦C
no reservat´orio e 215◦C na parte das janelas.
atˆomica. Essa separa¸c˜ao ´e da ordem da largura Doppler ΓD e usamos essa calibra¸c˜ao para
monitorar a frequˆencia do laser para dessintoniza¸c˜oes de at´e 3 ΓD.
Na Figura 4.9, apresentamos os elementos ´oticos usados no segundo laser semicondutor usado na t´ecnica de reflex˜ao seletiva. O feixe laser passa por uma lˆamina de atraso de fase (λ/2) que ´e usada para maximizar a transmiss˜ao no isolador ´otico. Ap´os o isolador ´otico, o feixe ´e dividido. Uma parte do feixe ´e usada para monitorar a frequˆencia do laser com um interferˆometro Fabry-Perot e uma absor¸c˜ao saturada. A outra parte do feixe, polarizada perpendicularmente ao plano da mesa, ´e enviada para a c´elula de prova.
Discutiremos agora os elementos ´oticos usados no laser He-Ne para sondar a forma¸c˜ao do filme de c´esio. Usamos um laser da Melles Griot com uma potˆencia m´axima de 15 mW e comprimento de onda de 633 nm. Na Figura 4.10, apresentamos um esquema da montagem
4.2. Montagem experimental 60
Figura 4.9– Elementos ´oticos usados no segundo laser diodo.
experimental .
O laser de He-Ne n˜ao possui uma polariza¸c˜ao bem definida. A polariza¸c˜ao flutua lenta- mente, e para manter sempre a mesma polariza¸c˜ao usamos um polarizador Glan-Foucault, P1, alinhado para obter uma polariza¸c˜ao perpendicular ao plano da mesa ´otica. O feixe ent˜ao
´e divido pelo divisor, D1 (50/50), uma parte do feixe ´e enviada par a c´elula de prova e a
outra ´e usada para monitorar a potˆencia do laser. O sinal de monitora¸c˜ao da potˆencia (MP) ´e usado para normalizar o sinal de transmiss˜ao na c´elula de prova, corrigindo as flutua¸c˜oes de potˆencia do laser. Usamos duas configura¸c˜oes para monitorar a potˆencia do He-Ne. Uma ´e apresentada na Figura 4.10 e a outra o feixe usado para monitorar a potˆencia tamb´em passa pela c´elula de prova em um posi¸c˜ao diferente da forma¸c˜ao do filme met´alico.
Figura 4.10 – Diagrama da sequˆencia de elementos ´oticos usados no laser de He-Ne para sondar a forma¸c˜ao do filme de c´esio.