Absorção saturada

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Observe a figura abaixo, onde um campo Eb, intenso, incide em um meio atômico com alargamento Doppler e é refletido, incidindo novamente no meio, depois de ser atenuado pelo filtro F. Vamos chamar o campo de ida de Eb (campo de bombeio) e o campo refletido de Es (campo de sonda). Queremos estudar a absorção de Es mediante a saturação do meio pelo campo Eb. Daí vem o nome absorção saturada.
Esquema de absorção saturada
Quando Eb incide no meio, vários átomos são excitados, e no regime estacionário temos


onde rho^b_22 é a população dos átomos no estado 2 devido à interação com o campo Eb, e delta_b é a dessintonia do campo de bombeio. Queremos encontrar a absorção de Es depois do sistema ter interagido com Eb. Assim, partimos da equação de Bloch para sigma_12,
considerando o regime estacionário e que rho_22 é dado por (1), temos
Com (1), (3) se torna
Devemos considerar a contribuição de todos os átomos do perfil Doppler. Porém, novamente vamos fazer a mesma aproximação, delta_D = delta_b = delta e delta_D = - delta_s = - delta (os campo são contrapropagantes, e possuem a mesma frequência, isto é, delta_b = delta_s = delta). Assim, somos levados à seguinte expressão para a absorção do campo Es:
Na figura abaixo mostramos o gráfico de - Im_sigma^2_12 em função de delta, para Omega_b = Omega_sat / 2 (a) e Omega_b = 2Omega_sat (b). O “buraco cavado” na gaussiana é uma lorentziana, e se deve à saturação da transição pelo campo Eb, fazendo com que o campo Es se propague com menos perdas em torno da ressonância. Isso é explicado pelo fato de que apenas os átomos com velocidade próxima de zero “enxergam” os dois campos com a mesma frequência. Quando a intensidade do campo aumenta, vemos um alargamento (por potência) do buraco cavado. Veja a figura (b).
Gráfico de absorção saturada
Esquema experimental de absorção saturada: um feixe de um laser de diodo incide em uma célula contendo vapor de átomos de rubídio, em dois sentidos. O detetor 1 enxerga uma absorção linear, enquanto o detetor 2 vê a absorção saturada. Uma câmera é usada para detetar a fluorescência. Experimento feito no Lab. de Óptica/Física Atômica do Departamento de Física da UFPE.