Este documento apresenta resultados experimentais sobre transições de dois fótons em vapor de rubídio usando um laser monomodo e um pente de frequências. Um modelo teórico é discutido para explicar os resultados e a frequência de off-set pode ser estimada a partir de uma curva experimental.

1. Marco Polo, Giovana Nogueira, Daniel Felinto e Sandra Vianna
 
10 de abril de 2012

2. Apresentaremos resultados experimentais sobre a transição de
dois fótons, 5S-5P-5D, em vapor de rubídio envolvendo um laser
de femtossegundos, com 1 GHz de taxa de repetição, e um
laser de diodo contínuo. Os lasers são contrapropagantes e têm
polarizações cruzadas. A aquisição de dados é feita através da
coleta do sinal da fluorescência emitida pelos átomos do vapor
em função da frequência do laser de diodo, o que nos permite
fazer uma espectroscopia seletiva em velocidades. Por fim,
discutiremos um modelo teórico simples para explicar nossos
resultados.

3. Trem de pulsos Vapor de Rb Laser de diodo
(laser de Ti:safira)

4.  Laser de diodo e alargamento Doppler
 Características do laser de Ti:safira
 Experimento
 Resultados
 Modelo teórico
 Cálculo do off-set do laser de Ti:safira

5.  Largura de linha ~ 1 MHz.
 Largura de linha da transição atômica: 6 MHz. (5S – 5P)
Largura
kcw = 500 MHz
Doppler
vapor
Efeito Doppler:
 cw  kcw  v (grupo de átomos)
21  21   cw

6. Espectro de um pulso:
m  2 ( f 0  mf R )
TR ~ 1 ns
 6 MHz (5P3/2 )
f R ~ 1 GHz  
660 KHz (5D)
“Acumulação coerente”
(D. Felinto et al, Opt. Commun. 215, 69 (2003) Pente de frequências

10. Laser de Ti:safira travado Pfs  300 mW
med
T  80 C
Laser de diodo varrendo Pcw  2,6 mW

11. 85
87
Rb Rb

13. Ecw (t )  Ecweicwt Frequência de Rabi:
12 Ecw  23 Em
Em (t )  Em e imt
cw  m 
Inclusão do efeito Doppler:
 inverso do tempo 
 
 de interação  
Equações de Bloch na aproximação de onda girante:

14. As equações de Bloch são resolvidas analiticamente, e depois são integradas
em todos os grupos de átomos dentro do perfil Doppler:
0,012
F - F' - F''
87
0,009
Rb, 5D5/2 2-3 -4
2-3 -3
2-2 -3
(F, F', F'')
2-3 -2
0,006 2-2 -2
2-1 -2
33
2-2 -1
0,003 2-1 -1
0,000
-20 0 20 40 60 80
 / 2 (MHz)

15. Linha D5/ 2
Janela de 100 MHz
cw  0,33  22
( F '  3)
 m  3,5  33
( F ''  4)

19. fr = 1 004 384 060 Hz
80 87
Rb, Fg = 2 F'' = 4 (5D5/2)
cw = 0
Flourescência (mV)
60
F'' = 3 (5D3/2)
cw = -470 MHz
40
-600 -400 -200 0 200 400 600
Frequência (MHz)
 cw   cw   m   m   31     cw   
f 0   31  fR
 m  f 0  mf R   31   cw    fR 
 31   cw   f 0 f 0  671 MHz (5D5/2 )
m   inteiro
fR fR f 0  672 MHz (5D3/2 )

20.  Apresentamos resultados experimentais sobre transições
de dois fótons em vapor de Rb com um laser monomodo e
um pente de frequências.
 Apresentamos um modelo teórico que explica os nossos
resultados.
 Mostramos que é possível estimar a frequência de off-set a
partir de uma curva experimental.