Átomos Fríos

En el laboratorio de átomos fríos realizamos experimentos de espectroscopía de precisión en los que estudiamos la interacción entre átomos alcalinos y uno o más campos luminosos. En particular, estudiamos los efectos de la polarización de un haz de luz intenso en la absorción de un haz de luz de prueba. Realizamos experimentos en los que producimos transiciones electromagnéticas atómicas que son prohibidas por la aproximación dipolar eléctrica. Estamos interesados en estudiar la producción de estados de Rydberg por excitación multifotónica. Emplearemos esos estados atómicos de Rydberg para detectar de manera selectiva radiación electromagnética en la región de terahertz. Todos estos experimentos se realizan con átomos de rubidio en una celda de absorción que se mantiene a temperatura ambiente y también en una trampa magneto-óptica en la que se produce una nube con millones de átomos de rubidio a temperaturas de unos doscientos microkelvin.

Trabajos recientes

• Saturation and optical pumping effects in the fluorescence that follows the excitation of the D2 transition in atomic rubidium, G. Quiroz-Sánchez, F. Ramírez-Martínez, L. M. Hoyos-Campo, J. Flores-Mijangos y J. Jiménez-Mier, Optics Communications 508, 127727 (2022). https://doi.org/10.1016/j.optcom.2021.127727
• Electric-dipole forbidden transitions for probing atomic state preparation: the case of the Autler-Townes effect, Ramírez-Martínez, Fernando; Ponciano Ojeda, Francisco; Hernández-Gómez, Santiago; Del Angel Medina, Alberto; Moijca-Casique, Cristian; Hoyos Campo, Lina; Flores Mijangos, Jesús; Sahagún, Daniel; Jáuregui, Rocío; Jiménez-Mier, José, Journal of Physics B 54, 095002 (2021). https://doi.org/10.1088/1361-6455/abf156
• Optical spectroscopy of the 5p3/2 → 6p1/2 electric dipole forbidden transition in atomic rubidium, Ponciano Ojeda, Francisco; Mojica-Casique, Cristian; Hernández-Gómez, Santiago, López-Hernández, Oscar; Hoyos Campo, Lina; Flores Mijangos, Jesús; Ramírez-Martínez, Fernando; Sahagún, Daniel; Jáuregui, Rocío; Jiménez-Mier, José, , Journal of Physics B 52 135001 (2019). https://doi.org/10.1088/1361-6455/ab1b94
• One step beyond the electric dipole approximation: An experiment to observe the 5p -> 6p forbidden transition in atomic rubidium. Ponciano-Ojeda, F; Hernández-Gómez, S; Mojica-Casique, C; Ruiz-Martinez, E; Lopez-Hernandez, O; Colin-Rodriguez, R; Ramirez-Martinez, F; Flores-Mijangos, J; Sahagun, D; Jauregui, R; Jimenez-Mier, J. American Journal of Physics, 86(1), 7-13 (2018).
• Control of electronic magnetic state population via light polarization in the 5p_3/2 → 6p_3/2 electric quadrupole transition in atomic rubidium. Mojica-Casique, C; Ponciano-Ojeda, F; Hernández-Gómez, S; Lopez-Hernandez, O; Flores-Mijangos, J; Ramirez-Martinez, F; Sahagun, D; Jauregui, R; Jimenez-Mier, J. Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, 50(2), 025003 (2017).
• Laser Spectroscopy of the 5P_3/2 → 6Pj (j = 1/2 and 3/2) Electric Dipole Forbidden Transitions in Atomic Rubidium. F. Ponciano-Ojeda, S. Hernández-Gómez, C. Mojica-Casique, L. M. Hoyos, J. Flores-Mijangos, F. Ramírez-Martínez, D. Sahagún, R. Jáuregui, J. Jiménez-Mier. AIP Conference Proceedings 1950, 030001 (2018).
• Observation of the 5p_3/2→6p_3/2 electric-dipole-forbidden transition in atomic rubidium using optical-optical double-resonance spectroscopy. F. Ponciano-Ojeda, S. Hernández-Gómez, O. López-Hernández, C. Mojica-Casique, R. Colín-Rodríguez, F. Ramírez-Martínez, J. Flores-Mijangos, D. Sahagún, R. Jáuregui, and J. Jiménez-Mier. Physical Review A 92, 042511 (2015).
• A laser spectroscopy system with combined absorption, polarization rotation and fluorescence detection to study two photon transitions in atomic rubidium. O. López-Hernández, S. Hernández-Gómez, F. Ponciano-Ojeda, C. Mojica-Casique, R. Colín-Rodríguez, J. Flores-Mijangos, D. Sahagún, F. Ramírez-Martínez, and J. Jiménez-Mier. Journal of Applied Research and Technology. 13, 543–550 (2015).
• Polarization effects in the interaction between multi-level atoms and two optical fields. R. Colín-Rodríguez, J. Flores-Mijangos, S. Hernández-Gómez, R. Jáuregui, O. López Hernández, C. Mojica-Casique, F. Ponciano-Ojeda, F. Ramírez-Martínez, D. Sahagún-Sánchez, K. Volke, J. Jiménez-Mier. Physica Scripta 90, 068017 (2015).
• Probe intensity dependence of velocity-selective polarization spectra at the rubidium D2 manifold and comparison with a rate-equation calculation. J. Flores-Mijangos, F. Ramírez-Martínez, R. Colín-Rodríguez, A. Hernández-Hernández, and J. Jiménez-Mier. Physical Review A 89, 042502 (2014).

Infraestructura

En el Laboratorio de Átomos Fríos del ICN, UNAM se cuenta con un sistema completo de enfriamiento y atrapado de átomos de rubidio. El sistema de la trampa magneto-óptica incluye dos fuentes de radiación láser, uno comercial y otro fabricado en este laboratorio, cada uno con sus respectivos sistemas de espectroscopía de polarización que permiten estabilizar sus frecuencias de emisión a las resonancias de los átomos de rubidio; un sistema de control por computadora que permite, entre otras cosas, desarrollar procesos de registro de imágenes de las nubes de átomos fríos mediante las técnicas de fluorescencia o absorción, así como la realización de mediciones de tiempo de vuelo con las que se determina el número de átomos, el tamaño, la densidad y hasta la temperatura de las nubes de átomos colectadas en la trampa.

Gracias a la incorporación a la infraestructura del laboratorio de láseres de diodo de cavidad externa con longitudes de onda de 780 nm, 776 nm, 1256 nm, 911 nm, 420 nm, 1050 nm y 1310 nm, algunos comerciales pero la mayoría desarrollados en el laboratorio, actualmente se pueden realizar una amplia gama de sofisticados experimentos de espectroscopía y de control de los estados internos de los átomos de rubidio, tanto con átomos a temperatura ambiente en celdas de espectroscopía como fríos y atrapado en la trampa magneto-óptica. Por ejemplo, con los láseres de 780 nm y 776 nm se pueden estudiar los fenómenos de transparencia electromagnéticamente inducida (EIT por sus siglas en inglés, Electromagnetically Induced Transparency) o el vestimiento de los niveles de energía internos de los átomos a causa de la interacción con los campos de radiación a través de la observación del desdoblamiento de niveles, también conocido como el efecto Autler-Townes. Este último proceso también lo hemos estudiando a gran detalle con los láseres de 780 nm y 911 nm, incorporando además la medición de la transición 5P_3/2 → 6P_3/2 prohibida por la aproximación dipolar eléctrica. El segundo de estos láseres, el de 911 nm, fue enteramente diseñado, fabricado y puesto en operación para la medición de esta transición cuadrupolar eléctrica, de la que no se tiene registro que haya sido reportada antes de las mediciones realizadas en este laboratorio. También, gracias a la adquisición del láser comercial de 420 nm y al desarrollo de el láser de 1050 nm en este laboratorio, actualmente es posible generar átomos de Rydberg mediante la transición de dos fotones en escalera 5S_1/2 → 6P_3/2→ 20S_1/2.

Se ha desarrollado también un banco óptico independiente para la enseñanza de técnicas básicas de espectroscopía láser dirigido a estudiantes tanto de nivel licenciatura como de posgrado. El sistema consta de un láser de diodo de cavidad externa en configuración Littrow fabricado en el laboratorio y un sistema completo de espectroscopía que permite la realización de experimentos de absorción simple, absorción saturada, espectroscopía de polarización y hasta de transparencia electromagnéticamente inducida con la incorporación de un haz proveniente de un láser sintonizado a la transición 5P_3/2 → 5D_5/2 con longitud de onda de 776 nm. Este sistema, además de constituir el punto de partida para los estudiantes que han realizado trabajos de servicio social y tesis de licenciatura en nuestro laboratorio, también ha sido un recurso elemental para poder contribuir a la oferta de cursos de laboratorio tanto en el programa de Física de la Facultad de Ciencias de la UNAM, participando en los cursos de Laboratorios de Física Moderna en su modalidad rotativa, como en el Posgrado en Ciencias Físicas con los cursos de Laboratorio Avanzado I y II.

Colaboración

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