Collective effects in light scattering from cold strontium clouds

A cold atomic cloud is a versatile object, because it offers many handles to control and tune its properties. This facilitates studies of its behavior in various circumstances, such as sample temperature, size and density, composition, dimensionality and coherence time. The range of possible experiments is constrained by the specifications of the atomic species used. In this thesis presents the work done in the experiment for laser cooling of strontium atoms, focusing on its stability, which should provide cold and ultracold samples for the study of collective effects in light scattering. From the initial apparatus, innumerous changes were performed. The vacuum system got improved and now reached lower ultra high vacuum due to the pre-baking done to its parts and adding a titanium-sublimation stage. The quadrupole trap were improved by the design and construction of a new pair of coils. The stability of the blue, green and red laser systems and the loss prevention of laser light were improved, giving rise to a robust apparatus. Another important point is the development of homemade devices to reduce the costs and to be used as a monitor of different parts of an cold atoms experiment. From this homemade devices, we could demonstrate a dramatic linewidth narrowing by injection lock of an low cost 461 nm diode laser and its application to our strontium experiment. In the end, this improved experimental apparatus made possible the study of a new scattering effect, the mirror assisted coherent back-scattering (mCBS).

Uma nuvem atômica fria é um objeto versátil porque oferece muitas formas de controlar e ajustar suas propriedades. Isso facilita o estudo de seu comportamento em várias circunstâncias, tais como temperatura da amostra, tamanho e densidade, composição, dimensionalidade e tempo de coerência. A extensão de experimentos possíveis é limitada pelas especificações da espécie atômica utilizada. Nessa tese, eu apresento o trabalho feito em um experimento para resfriamento de átomos de estrôncio, focando em sua estabilidade, que deve gerar amostras frias e ultras-frias para o estudo de efeitos coletivos em espalhamento de luz. Do aparato inicial, inúmeras mudanças foram feitas. O sistema de vácuo foi melhorado e agora atinge vácuos ultra altos mais baixos, devido ao pré-cozimento feito em suas partes e a adição de um estágio de sublimação de titânio. A estabilidade e a prevenção de perdas de luz dos sistemas de laser azul, verde e vermelho foram melhorados, levando a um sistema mais robusto. Outro ponto importante é o desenvolvimento de dispositivos caseiros para reduzir os custos e para ser usado como monitor de diferentes partes de um experimento de átomos frios. Destes dispositivos, pudemos demonstrar a redução dramática da largura de linha de um diodo laser de 461 nm de baixo custo devido a estabilização por injeção. No fim, esse aparato experimental melhorado fez possível o estudo de um novo efeito de espalhamento, o retro espalhamento coerente da luz assistido por espelho.