Trabajo de grado - Pregrado
Viabilidad de medir campos magnéticos externos mediante espectroscopía de polarización del átomo de Cesio
Fecha
2022-06-08Registro en:
instname:Universidad de los Andes
reponame:Repositorio Institucional Séneca
Autor
Martínez Bustamante, Juan Ignacio
Institución
Resumen
The objective of this work is to study the feasibility of measuring magnetic fields from the polarization spectroscopy method in cesium atoms. To fulfill the proposed objective, a simulation of the polarization spectroscopy signal of the D2 line of the 133Cs atom was performed and an experimental setup was implemented to record a signal for the same case. To the implemented experimental setup was added a set of three-axis Helmholtz coils generating different magnetic fields (Bz) on the 133Cs sample. For each field (Bz) a polarization spectroscopy signal was taken and the total of the signals was used to determine the feasibility of using the shape of a given signal to estimate (Bz). It was observed that there are two parameters sensitive to magnetic field variations (Bz) that can be obtained from a signal. The first is the resonance frequency for the transition between the Zeeman sublevels |6^2 S_{1/2},4,4> and |6^2 P_{3/2}, 5, 5>. In this case, the splitting of the levels due to the Zeeman Effect is proportional to the magnetic field present following the following constant of proportionality: dv4-->v5(Bz)/dBz = (1,945 ± 0,007) MHz/G. The second parameter is the signal amplitude for the case where the laser frequency is kept in resonance with the frequency of some transition before the splitting, i.e., for a magnetic field Bz = 0. In the latter case, the 133Cs atoms must be optically pumped with a circularly polarized beam of light (¿+) whose frequency is resonant with the transition (6^2 S_{1/2}, F = 4) --> (6^2 P_{3/2}, F = 5). This generates an anisotropy of the medium that can be associated with the Macaluso-Corbino Effect (resonant version of the Faraday Effect). Under this scenario, the value of Verdet's constant (V) of 133Cs was arrived at as V = (99 ± 40) rad/(T · m), this value is comparable to those reported for other magneto-optically active materials. From the results, a scheme for measuring magnetic fields in real-time and another for the creation of ultra-stable lasers of controllable frequency are proposed. Este trabajo tiene como objetivo estudiar la viabilidad de medir campos magnéticos a partir del método de espectroscopia de polarización en átomos de Cesio. En pro de cumplir con el objetivo propuesto, se realizó una simulación de la señal de espectroscopia de polarización de la línea D2 del átomo de 133Cs y se implementó un montaje experimental con el cual se registró una señal para el mismo caso. Al montaje experimental implementado se le agregó un conjunto de bobinas de Helmholtz de tres ejes que genera diferentes campos magnéticos (Bz) sobre la muestra de 133Cs. Por cada campo (Bz) se tomó una señal de espectroscopia de polarización y se usó el total de las señales para determinar la viabilidad de usar la forma de una señal dada para estimar (Bz). Se observó que hay dos parámetros sensibles a variaciones del campo magnético (Bz) que se pueden obtener a partir de una señal. El primero es la frecuencia de resonancia para la transición entre los subniveles de Zeeman |6^2 S_{1/2},4,4> y |6^2 P_{3/2}, 5, 5>. En este caso, el desdoblamiento de los niveles debido al Efecto Zeeman es proporcional al campo magnético presente siguiendo la siguiente constante de proporcionalidad: dv4-->v5(Bz)/dBz = (1,945 ± 0,007) MHz/G. El segundo parámetro es la amplitud de la señal para el caso en el que la frecuencia del láser se mantiene en resonancia con la frecuencia de alguna transición antes del desdoblamiento, es decir, para un campo magnético Bz = 0. En este ultimo caso, los átomos de 133Cs deben ser bombeados ópticamente con un haz de luz de polarización circular derecha (+) cuya frecuencia es resonante con la transición (6^2 S_{1/2},F = 4) --> (6^2 P_{3/2},F = 5). Esto genera una anisotropía del medio que se puede asociar al Efecto Macaluso-Corbino (versión resonante del Efecto Faraday). Bajo este escenario, se llegó a que el valor de la constante de Verdet (V) del 133Cs es V = (99 ± 40) rad/(T · m), este valor es comparable con los reportados para otros materiales magneto- ópticamente activos. A partir de los resultados se propone un esquema para medir campos magnéticos en tiempo real y otro para la creación de láseres ultra estables de frecuencia controlable.