Orientador: Daniel Pereira

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Esta tese relata os experimentos realizados no campo da espectroscopia de alta resolução na região do infravermelho longínquo (IVL ~ 1 - 10 THz). Radiação laser nesta região foi gerada por moléculas do tipo metanol (CH3OH) através da excitação óptica. Para isso, construímos lasers de CO2 em...

Resumo: Esta tese relata os experimentos realizados no campo da espectroscopia de alta resolução na região do infravermelho longínquo (IVL ~ 1 - 10 THz). Radiação laser nesta região foi gerada por moléculas do tipo metanol (CH3OH) através da excitação óptica. Para isso, construímos lasers de CO2 em guia de onda como fonte de excitação e cavidades do tipo Fabry-Perot como ressonadores lasers IVL. Identificamos novas emissões laser IVL na faixa de 63 mm a 2615 mm todas caracterizadas segundo o comprimento de onda, offset da transição de absorção, polarização e intensidade relativas e pressão ótima de trabalho. Estudamos também, o comportamento destas emissões na presença de campo elétrico uniforme usando cavidade IVL híbrida e celas fotoacústicas com eletrodos. Observamos aumento da intensidade de particulares emissões (até 6 vezes) para campos de até 100 V/cm seguido de queda para campos maiores. Este aumento é explicado pelo efeito Hanle Não-Linear e permite avaliar a largura de linha homogênea, inomogênea e o parâmetro de saturação da transição envolvida. Em campos maiores, observamos o desdobramento da emissão em dois pacotes próximos formados pelas componentes Stark. Estas informações adicionais permitiram checar propostas de indentificação de níveis. Realizamos ainda, pela primeira vez no Brasil, medidas diretas de frequências de linhas laser IVL através da técnica heterodina com reprodutibilidade de 2 partes em 107. Esta técnica consiste em misturar linhas lasers IVL através de um elemento não linear que gera um sinal de batimento possível de ser observado e medido em um analisador de espectro. As linhas possuem frequências próximas sendo uma previamente conhecida e a outra a determinar. Neste experimento, utilizamos o diodo de contato de ponta do tipo Metal-Isolante-Metal ( MIM) como elemento misturador e gerador de harmônicos. Após checar o sistema experimental realizamos medidas de novas frequências na faixa de 600 GHz a 1850 GHz. Os experimentos realizados possibilitaram informações complementares para o melhor entendimento espectroscópico de moléculas laser ativas além de capacitar o laboratório a realizar novas medidas de frequência de linhas IVL de interesse metrológico

Abstract: This thesis reports the experiments carried through in the high resolution spectroscopy in Far infrared region (FIR ~ 1 -10 THz). Laser radiation in this region was generated by molecules of methanol (CH30H) and its isotopic varieties through the optical pumping. For that, we have built...

Abstract: This thesis reports the experiments carried through in the high resolution spectroscopy in Far infrared region (FIR ~ 1 -10 THz). Laser radiation in this region was generated by molecules of methanol (CH30H) and its isotopic varieties through the optical pumping. For that, we have built CO2 lasers in waveguide as optical pumping source and cavities of Fabry-Perot type as lasers FIR. We have identified new laser FIR emissions in the range of 63 mm to 2615 mm, ali characterized according to the wavelength, absorption transition offset, relative polarization and intensity and the optimum working pressure. We have also studied these emissions behaviors in the presence of uniform electric field using hybrid FIR cavity (metal-dielectric) and photoacoustic cell with electrodes. We have observed intensity increase in particular emissions (up to 6 times) for fields up to 100 V/cm followed by a drop for higher fields. This increase is explained by the Non-Linear Hanle Effect and allows to evaluate the width of homogeneous, inhomogeneous line broadening and transition saturation parameter involved. In higher fields, we have observed the emission splitting in two adjacent packages compound by Stark components. This additional information allowed to check proposed assignments. We have also obtained, for the first time in Brasil, frequency measurements of FIR laser lines through the heterodyne technique with reproducibility of 2 parts in 107. This technique consists in mixing two FIR laser lines through a non-linear element that generates a beat signal possible of being observed and measured in a spectrum analyzer. The lines have close frequencies being one previously known and the other to be determined. In this experiment, we have used the Metal-Insulator-Metal point contact diode (MIM) as harmonics generator and mixer element. After checking the experimental system we have realized new frequencies measurements in the range of 600 GHz to 1850 GHz. The experiments realized provided complementary information for a better spectroscopic understanding of active laser molecules, besides enabling the laboratory to realize new frequencies measurements of metrologic interest