Redistribuição de frequência e efeitos de colisões na fluorescência de um vapor atômico

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Oliveira, Gessineide de Sousa
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Física
Programa de Pós-Graduação em Física
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36966
Resumo: In this work we demonstrate experimentally and numerically the effects of partial frequency distribution on the transport of light in an atomic vapor. This transport is described by a random travel of photons in the vapor due to the successive spontaneous absorption and emission events, a phenomenon known as radiation trapping. The frequency of the emitted photon in the laboratory may differ from the absorbed frequency due to the Doppler effect following a scattering event. The emitted spectrum depends on the incident frequency, the direction of emission, and the probability that the excited atom will undergo a collision before emission. Our interest is in studying these effects arising from frequency redistribution. To do so, we excite the atomic vapor with a laser beam of wavelength 894 nm resonant with the 6S1/2 →6P1/2 cesium transition (line D1), with scanning around the 6S1/2 (F = 3)→ 6P1/2(F’= 3, 4) transitions. Thus, we measured the fluorescence in a direction perpendicular to the laser excitation for different atomic densities. Therefore, we analyzed the experimental measurements of fluorescence as a function of detuning. The experimental results show that the fluorescence maxima occur around the center of the line at low density. At high density and high detuning, the fluorescence increases. In the center of the line, the fluorescence decreases, which means that the photon emitted around the center of the line "sees" a high optical density and has a low probability of scattering. We also analyzed the measurements of fluorescence, eliminating the influence of the spacial excitation distribution, i.e., we compared the signals detected for different densities and detunings for which the absorption coefficient is constant α ≈ 1/L. For this value of α, the excitation is uniformly distributed over the cell. This results in an approximately constant behavior far from resonance, which is related to the scattering of a single photon for which the emitted frequency is equal to the incident one. Accordingly, we use a numerical simulation to interpret the experimental data. The numerical data show good agreement with the experimental data in the region of interest (far from resonance).
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To do so, we excite the atomic vapor with a laser beam of wavelength 894 nm resonant with the 6S1/2 →6P1/2 cesium transition (line D1), with scanning around the 6S1/2 (F = 3)→ 6P1/2(F’= 3, 4) transitions. Thus, we measured the fluorescence in a direction perpendicular to the laser excitation for different atomic densities. Therefore, we analyzed the experimental measurements of fluorescence as a function of detuning. The experimental results show that the fluorescence maxima occur around the center of the line at low density. At high density and high detuning, the fluorescence increases. In the center of the line, the fluorescence decreases, which means that the photon emitted around the center of the line "sees" a high optical density and has a low probability of scattering. We also analyzed the measurements of fluorescence, eliminating the influence of the spacial excitation distribution, i.e., we compared the signals detected for different densities and detunings for which the absorption coefficient is constant α ≈ 1/L. For this value of α, the excitation is uniformly distributed over the cell. This results in an approximately constant behavior far from resonance, which is related to the scattering of a single photon for which the emitted frequency is equal to the incident one. Accordingly, we use a numerical simulation to interpret the experimental data. The numerical data show good agreement with the experimental data in the region of interest (far from resonance).Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqNesta dissertação, demonstramos experimentalmente e numericamente os efeitos da redistribuição parcial de frequência no transporte de luz em um vapor atômico. Esse transporte é descrito por um passeio aleatório dos fótons dentro do vapor, que é devido aos sucessivos eventos de absorção e emissão espontânea, fenômeno conhecido como aprisionamento de radiação. A frequência do fóton emitido no referencial do laboratório pode ser diferente da frequência absorvida devido ao efeito Doppler, após um evento de espalhamento. O espectro emitido depende da frequência incidente, da direção de emissão e da probabilidade de o átomo excitado sofrer uma colisão antes de emitir. É de nosso interesse estudar esses efeitos advindos da redistribuição de frequência. Para isto, excitamos o vapor atômico, utilizando um feixe de laser, com comprimento de onda de 894 nm, ressonante com a transição 6S1/2 →6P1/2 (linha D1) do césio com varredura em torno das transições 6S1/2 (F = 3)→6P1/2 (F’ = 3, 4). Dessa forma realizamos as medidas da fluorescência em uma direção perpendicular a excitação do laser, para diferentes densidades atômicas. Por conseguinte, analisamos as medidas experimentais da fluorescência em função da dessintonização. Os resultados experimentais mostram que os máximos de fluorescência ocorrem em torno do centro da linha, para baixa densidade. Para alta densidade, em grandes dessintonizações, a fluorescência aumenta. Já no centro da linha, há uma diminuição da fluorescência, ou seja, o fóton emitido ao redor do centro da linha "vê" uma alta densidade óptica e tem baixa probabilidade de escapar. Além disso, analisamos as medidas de fluorescência eliminando a influência da distribuição espacial da excitação, isto é, comparamos o sinal detectado para diferentes densidades e dessintonização para as quais o coeficiente de absorção é constante com α ≈ 1/L. Para este valor de α a excitação é uniformemente distribuída ao longo da célula. E como resultado, temos um comportamento aproximadamente constante, quando estamos longe da ressonância, que está relacionado com o espalhamento único do fóton, que mantém a informação da frequência, ou seja, a frequência emitida é igual a incidente. Posto isso, utilizamos uma simulação numérica para interpretar os dados experimentais. Os dados numéricos apresentam boa concordância com os dados experimentais na região de interesse (longe da ressonância).Universidade Federal da ParaíbaBrasilFísicaPrograma de Pós-Graduação em FísicaUFPBSilans, Thierry Marcelino Passerat dehttp://lattes.cnpq.br/9969764946296770López, Jesús Pavónhttp://lattes.cnpq.br/7754555180703010Oliveira, Gessineide de Sousa2025-12-22T13:32:55Z2025-08-122025-12-22T13:32:55Z2022-07-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36966porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2025-12-23T06:12:14Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/36966Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2025-12-23T06:12:14Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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