se a transição 6S1/2 → 8P3/2 e verifica-se que essa modificação ocorre no sentido de diminuir a energia da transição com a densidade.
4.4 Sistema de detecção
Uma vez definido o sistema de referência, passa-se para o experimento principal, a detecção do sinal de Reflexão Seletiva. A parte de detecção é composta da parte geométrica do feixe laser (alinhamento), descrito na sub-seção 4.4.1, dos detectores, do sistema de detecção síncrona e do sistema de aquisição, na sub-secção 4.4.2.
4.4.1 Geometria
Deve-se ter em mente que o sinal é obtido na reflexão da superfície interna da célula em contado com o vapor. A reflexão na interface ar/janela da célula (pri- meira interface “reflexo 1” na Figura 4.17), próxima à interface a ser analisada não
Figura 4.17: Esquema dos feixes refletidos pela janela, em uma experiência de reflexão seletiva.
contem informação do vapor atômico e deve ser descartada. Há duas formas de separar os feixes 1 e 2:
1. Incidindo o laser com um ângulo diferente da normal. Os feixes saem para- lelos e, devido ao tamanho limitado dos feixes, podem ser separados com um diafragma, por exemplo.
2. Janela com faces não paralelas. Neste caso, há uma diferença nos ângulos dos dois feixes refletidos. Pode-se facilmente escolher entre os feixes. Entretanto, esse tipo de janela é mais difícil de encontrar, por ser para uma aplicação específica, e de trabalhar por ser mais difícil de determinar a direção normal à superfície interna.
Foi utilizado, neste experimento, uma célula com faces paralelas e um ângulo de incidência muito próximo da normal, resultando em uma separação entre os feixes de alguns milímetros, proporcional à largura da janela. A medida do ângulo de incidência é feita a partir da separação entre o feixe de incidência e o feixe refletido, neste caso foi de 1 cm para 1 m da célula.
4.4.2 Controle via computador
Uma grande parte do experimento era controlado por computador, via lock-in RS530, que permitia, entre outras coisas, a conversão analógica-digital e vice-versa. Uma rampa para varrer a freqüência do diodo laser era gerada pelo computador e transformada em tensão pelo lock-in, que era ligado ao sistema de controle do laser, corrente e tensão do piezo-elétrico da grade. A aquisição dos sinais era também realizada via lock-in, tanto o sinal sincronisado quanto outros si- nais pela entrada do lock-in. O esquema desse controle é mostrado na Figura 4.18. Via lock-in, foram feitas as aquisições de todos os sinais do experimento: reflexão seletiva, absorção saturada, Fabry-Perot. Nestes casos, o lock-in é utilizado na sua função principal: detecção síncrona.
4.4. SISTEMA DE DETECÇÃO
Figura 4.18: Esquema da conexão eletrônica.
corrente do laser, ou seja, a freqüência de emissão do laser. A saída de referência do gerador de função é conectada ao lock-in e serve como sincronia para definir a freqüência e a fase de referência. A fase da detecção é ajustada (máximo de sinal fora de ressonância) para levar em conta defasagens introduzidas pela montagem experimental (propagação da luz e tempo de resposta eletrônica essencialmente).
4.4.3 Sinal da aquisição dos dados
Nesta sub-seção, são discutidos alguns problemas que podem interferir no sinal durante a aquisição de dados do experimento. Qualquer sinal proveniente de uma aquisição eletrônica experimental tem algum ruído embutido [4]. Esse ruído pode ser o acúmulo de vários ruídos. Por exemplo, o ruído da eletrônica pode ser causado pelos ruídos intrínsecos à eletrônica, como as flutuações Thompson, e ruí- dos provenientes da indução da rede elétrica, resultando em múltiplos da freqüência de oscilação da rede.
Existe também um ruído de “eletrônica digital”, devido ao sinal em modo analógico (em princípio contínuo) ser convertido em forma de sinal digital (por- tanto, discreto), podendo haver perda de informação. Para minimizar as perdas pela digitalização, deve-se otimizar a sensibilidade da aquisição para utilizar toda
a escala. Foi utilizada a entrada analógica do próprio lock-in (SR530) para fazer a digitalização do sinal. A limitação de sensibilidade desse lock-in é de 2,5 mV, numa escala que vai de -10 V até +10 V.
No diodo laser, ruídos eletrônicos dos controles de corrente e temperatura, bem como ruídos mecânicos na cavidade externa introduzem ruído na freqüência do laser. O ruído em freqüência traduz-se, em primeira ordem, em um alargamento da linha e será tratado com mais detalhes na seção 5.6.1. A variação de amplitude devido a esses ruídos foi negligenciada.
No caso de experimentos com laser e foto-detectores, ruídos mecânicos podem modificar o alinhamento do laser, alterando a intensidade do sinal detec- tado. Esses ruídos podem ter várias causas: mudança do coeficiente de reflexão na janela por causa da variação do ângulo; mudança da região de detecção no detec- tor (considerado normalmente homogêneo na maioria dos detectores). Pode haver também, em experimentos com mais de um feixe, a modificação da região da sobre- posição dos feixes. Esse efeito modifica a amplitude da absorção saturada, mas não a posição dos picos. No experimento de reflexão seletiva, tem-se apenas um feixe.
Os ruídos mecânicos podem ser reduzidos e até eliminados apenas com uma boa fixação dos componentes sobre uma mesa “rígida”, e com a colocação de lentes focalizando o feixe em cada detector. No caso de sistemas mais sensíveis, como o laser acoplado a uma grade ou uma cavidade Fabry-Perot, colocar uma blindagem às ondas sonoras, que pode ser uma simples caixa de papelão ou isopor, é suficiente em alguns casos.
O ruído é fortemente reduzido em uma detecção síncrona, onde se modula o sinal numa determinada freqüência. Essa modulação pode ser em amplitude (AM) ou em freqüência (FM). Observa-se o sinal apenas em torno da freqüência de modu- lação. Essa freqüência de modulação deve ser escolhida de maneira a não pertencer a uma faixa de ruído intenso do sistema.