3.3 Montagens Auxiliares
3.3.2 Sintoniza¸c˜ ao de LD2
Fazendo a diferen¸ca entre 5.26a e 5.26b temos
m
dpλ2λHeN eq senθmsenθ1m (3.14)
De acordo com a figura 3.8
senθm a
N (3.15a)
senθ1m a1
N (3.15b)
Substituindo 5.26c e 5.26d em 3.14 e isolando aa1 temos
aa1 mN
d pλ2λHeN eq (3.16)
A grade de difra¸c˜ao utilizada tem distˆancia entre as fendas d p1{600qmm, a ordem de difra¸c˜ao de ambos os feixes detectada ´em2 e, como mostrado na figura 3.8, N 28,9cm
´e a distˆancia em rela¸c˜ao a grade na qual medimosa ea1. Substituindo esses parˆametros eλ2 e λHeN e na equa¸c˜ao 3.16 encontramos aa1 0,97mm. Para medir aa1 utilizamos uma cˆameraCCD. A partir da imagem dos dois feixes detectados pela cˆamera, tra¸camos o perfil de intensidade de ambos os feixes e medimos a separa¸c˜ao entre os m´aximos de intensidade.
Dessa forma, o laser LD2 tem comprimento de onda λ2 635,6nm quando conseguimos mediraa1 0,97mm.
Essa t´ecnica n˜ao tem uma precis˜ao t˜ao boa, pois, por exemplo, se arredondarmosaa1 1,0mm ao inv´es de aa1 0,97mm, isso leva λ2 635,7nm ao inv´es de λ 635,6nm e essa diferen¸ca em frequˆencia ´e
∆f 3108m{s
635,6nm 3108m{s
635,7nm 74GHz (3.17)
Por isso, ao ajustar o comprimento de onda com essa t´ecnica, ´e preciso ainda mais um ajuste fino no experimento principal, olhando o espectro de absor¸c˜ao deLD2 para encontrar de fato a ressonˆancia com a transi¸c˜ao 6P1{2 Ñ9S1{2. De acordo com o fabricante [54], o laser LD2 sintonizado emλ2 635,6nmdeveria fornecer uma potˆencia de sa´ıda de 5mW, entretanto o
laser fornece uma potˆencia de sa´ıda em torno de 2mW. Al´em disso a frequˆencia desse laser deriva bastante, sendo necess´ario reencontrar a ressonˆancia algumas vezes em uma se¸c˜ao de medidas.
Discutimos aqui a montagem experimental feita neste trabalho e as t´ecnicas utilizadas para o controle de parˆametros como densidade do vapor de c´esio, sintoniza¸c˜ao dos lasers e detec¸c˜ao do sinal de absor¸c˜ao de LD2. No pr´oximo cap´ıtulo discutiremos os resultados obtidos a partir deste experimento.
Termaliza¸ c˜ ao do Estado Excitado -Resultados
Neste cap´ıtulo discutiremos os resultados experimentais das medidas de absor¸c˜ao de dois f´otons, feita com a montagem apresentada no cap´ıtulo 3, com o objetivo de obter experi-mentalmente os resultados te´oricos do cap´ıtulo 2. No processo de absor¸c˜ao de dois f´otons usamos o laser LD1 para excitar uma classe de velocidade na transi¸c˜ao 6S1{2 Ñ 6P1{2 do c´esio e usamos o laser LD2 para sondar a transi¸c˜ao 6P1{2 Ñ9S1{2 do c´esio.
Iniciamos pela figura 4.1a, que mostra uma medida experimental do sinal amplificado de absor¸c˜ao do laser LD2. Nesta figura podemos observar dois picos lorentzianos, de largura subdoppler. Isso ocorre porque o laser LD2 faz a transi¸c˜ao 6P1{2 Ñ 9S1{2, partindo do subn´ıvel F1 3, e o n´ıvel 9S1{2 tem dois subn´ıveis, F2 3 e F2 4, como mostrado na figura 4.1b. Na figura 4.1a o maior pico lorentziano corresponde `a transi¸c˜aoF1 3ÑF2 4 e o menor pico lorentziano corresponde `a transi¸c˜aoF1 3ÑF2 3.
(a) Espectro de absor¸c˜ao do laserLD2 na amostraC1. (b) Transi¸c˜oes 6S1{2 Ñ6P1{2 e 6P1{2Ñ9S1{2 do c´esio.
Figura 4.1: Parˆametros utilizados em 4.1a: potˆencia do laser 2PLD2 162µW, potˆencia do laser 1PLD1 950µW, diˆametro dos lasers 1 e 2 d1mme densidade do vapor na amostra 1ρC1 5,51018m3.
4.1 Convers˜ ao do Eixo Horizontal em Frequˆ encia
As figuras 4.2a, 4.2b, 4.2c, 4.2d e 4.2e mostram o espectro de absor¸c˜ao do laserLD2 nas amostrasC1 eC2. No experimento medimos simultaneamente o espectro de absor¸c˜ao do la-serLD2 na transi¸c˜ao 6P1{2 Ñ9S1{2, fixando a frequˆencia do laser LD1 em uma determinada dessintoniza¸c˜aoδ1 em rela¸c˜ao a transi¸c˜ao 6S1{2F 4Ñ6P1{2F1 3, em ambas as amostras C1 e C2. Na amostra C1 observamos dois picos lorentzianos de largura subdoppler , cuja separa¸c˜ao em frequˆencia corresponde `a separa¸c˜ao dos n´ıveis hiperfinos do n´ıvel 9S1{2. Neste caso, temos apenas uma classe de velocidade atˆomica excitada. J´a na amostra C2 observa-mos dois picos largos, pois n˜ao h´a sele¸c˜ao de velocidade. Isso acorre devido a densidade dos
´
atomos de c´esio na amostraC2 que ´e suficientemente alta para que ocorra redistribui¸c˜ao de velocidade dos ´atomos excitados e redistribui¸c˜ao entre os estados hiperfinos do n´ıvel 6P1{2 por colis˜ao e aprisionamento de radia¸c˜ao, a ponto de popular os dois subn´ıveis hiperfinos do n´ıvel 6P1{2.
(a) Absor¸c˜ao do laser LD2 para δ1 36M Hz.
(b) Absor¸c˜ao do laserLD2 paraδ159M Hz.
(c) Absor¸c˜ao do laserLD2 paraδ1183M Hz. (d) Absor¸c˜ao do laserLD2 paraδ1213M Hz.
(e) Absor¸c˜ao do laserLD2 paraδ1276M Hz.
Figura 4.2: Espectro, normalizado, de absor¸c˜ao do laser LD2 na amostra C1 e na amostra C2 obtido com os seguintes parˆametros: potˆencia do laser 2 PLD2 162µW, potˆencia do laser 1PLD1 950µW, diˆametro dos lasers 1 e 2 d1mm, densidade do vapor na amostra 1ρC1 5,51018m3 e densidade do vapor na amostra 2 ρC2 superior a 1019m3.
Note nas figuras 4.2a, 4.2b, 4.2c, 4.2d e 4.2e que o espectro de absor¸c˜ao do laserLD2 na amostraC1 se desloca em rela¸c˜ao ao espectro de absor¸c˜ao do laser LD2 na amostraC2 para
diferentes dessintoniza¸c˜oes do laser LD1. Isso acontece porque na amostra C1 observamos sele¸c˜ao de velocidade, isto ´e, para cada dessintoniza¸c˜aoδ1do laserLD1 excitamos uma classe de velocidade diferente dada por
vz pλ2{2πqδ2 (4.1)
com δ2 eδ1 relacionados pela equa¸c˜ao
δ2 λ1 λ2
δ1 (4.2)
como foi discutido no cap´ıtulo 2.
Na amostraC2, devido `a redistribui¸c˜ao de velocidade dos ´atomos por colis˜oes e aprisiona-mento de radia¸c˜ao, h´a v´arias classes de velocidade populando o n´ıvel 6P1{2 e sendo excitadas pelo laser LD2 independentemente da dessintoniza¸c˜ao do laser LD1 . Com isso, o espectro de absor¸c˜ao do laser LD2 na amostra C2 n˜ao ´e sens´ıvel `a dessintoniza¸c˜ao δ1 do laser LD1 e ´e usado para fazer a convers˜ao do eixo horizontal em frequˆencia.
A medida experimental da absor¸c˜ao do laser LD2 ´e feita em fun¸c˜ao do tempo. Como na amostra C2 os dois subn´ıveis, 6P1{2F1 3 e 6P1{2F1 4, s˜ao populados devido `a redistribui¸c˜ao de popula¸c˜ao por colis˜oes e aprisionamento de radia¸c˜ao, o sinal de absor¸c˜ao do laserLD2 nessa amostra tem dois picos largos, cuja separa¸c˜ao em frequˆencia corresponde
`
a separa¸c˜ao hiperfina do n´ıvel 6P1{2. J´a que a separa¸c˜ao hiperfina do n´ıvel 6P1{2´e conhecida, podemos usar esse dado para converter o eixo horizontal em frequˆencia, fixando o zero de frequˆencia no pico correspondente a transi¸c˜ao 6S1{2F 4 Ñ 6P1{2F1 3. Entretanto, na amostra C1, precisamos conhecer a posi¸c˜ao do zero de frequˆencia com rela¸c˜ao `a transi¸c˜ao 6P1{2F1 3 Ñ 9S1{2F2 4 que corresponde ao maior pico lorentziano. Este resultado ´e mostrado no apˆendice A, onde encontramos que o zero de frequˆencia est´a a uma distˆancia de 111M Hz em rela¸c˜ao ao maior pico lorentziano. Ent˜ao, por exemplo, de acordo com a equa¸c˜ao 4.2, δ1 0Ñδ2 0 isso significa que a curva doppler est´a centrada em δ2 0 e o maior pico lorentziano, est´a na posi¸c˜aoδ2 111M Hz.