Theoretical study on generating luminous and controlled figures by spontaneous emission

La presente tesi si pone come obiettivo lo studio di meccanismi in grado di generare figure luminose nello spazio. Il metodo proposto è quello di riuscire a illuminare un piccolo punto nello spazio e di muoverlo ad una velocità tale da dare l'illusione di osservare un immagine fissa. Tale punto si assume che possa essere replicato più volte, in modo tale da costruire immagini più complesse grazie alla combinazione degli effetti. Il principio fisico a supporto dell'idea è stato trovato nei fenomeni di emissione spontanea, quindi in quei processi che vedono un atomo passare spontaneamente da uno stato elettronico eccitato a uno ad energia minore, liberando fotoni. Si sceglie di utilizzare uno schema di transizioni a quattro livelli energetici e di studiare la dinamica delle popolazioni di ciascun livello in funzione del tempo; la scelta di uno schema a quattro livelli è suggerita dalla possibilità di ottenere un emissione di fotoni "visibili", quindi con frequenza appartenente allo spettro visibile, a seguito di un eccitazione da parte di due laser "non visibili", in particolare infrarossi. Questa configurazione è particolarmente efficace se si considerano atomi con un unico elettrone di valenza. Inoltre, si vuole ricercare un elemento chimico che rispetti esattamente le condizioni richieste per eseguire le transizioni specificate; tra i vari elementi possibili è stato scelto il rubidio in stato gassoso, con i relativi livelli energetici da utilizzare.

Study on the practical realization of a device able to generate an in-space 3D luminous image

Gli ologrammi sono parte integrante della cultura pop a partire dagli anni 50, tanto che ad oggi sentirne parlare non desta più scalpore. Dal lato pratico, invece, solo negli ultimi anni sono state fatte ricerche approfondite con lo scopo di realizzarli. Fra i dispositivi attualmente in commercio, in pochi sono degni di nota e presentano numerose limitazioni, questo perché è molto difficile riuscire a progettare un sistema che permetta di illuminare dei punti specifici in uno spazio tridimensionale per lunghi periodi. In questa tesi si illustrano i principi di funzionamento ed il progetto per un nuovo dispositivo, diverso da quelli fino ad ora realizzati, che sfrutti il decadimento spontaneo di atomi di rubidio eccitati tramite due fasci laser opportunamente incrociati. Nel punto di incrocio si produce luce visibile a 420 nm. Con un opportuno sistema di specchi che muovono velocemente il punto di intersezione tra i due fasci è possibile realizzare un vero ologramma tridimensionale visibile da quasi ogni angolazione.