Tesis profesional presentada por Jesús Humberto Marines Cabello [jesus.marinesco@udlap.mx]

Miembro del programa de honores. Licenciatura en Física. Departamento de Actuaría, Física y Matemáticas. Escuela de Ciencias, Universidad de las Américas Puebla.

Jurado Calificador

Director: Dr. Wanderson Maia Pimenta
Presidente: Dr. Miguel Ángel Ocaña Bribiesca
Secretario: Dr. Martin Hentschinski
Co-director: Dr. Eduardo Gómez García

Cholula, Puebla, México a 17 de mayo de 2021.

Resumen

La fluorescencia y absorción de la luz, así como su cambio de fase, son fenómenos caracteríticos de la interacción de la luz con la materia. Estos procesos son únicos para cada material, por lo que es posible detectar la composición de una sustancia desconocida. Los métodos de detección están fuertemente limitados por el ruido de los sensores y la magnitud de la señal. En este trabajo, se determina la señal a ruido (SNR) que generan sobre un fotodiodo los procesos de absorción, fluorescencia y cambio de fase siguiendo el marco de un sistema de dos niveles y tres niveles. Además, se establecen el número mínimo de átomos, así como su densidad requeridas para obtener una SNR = 1. Se encontró que la señal de fluorescencia y absorción alcanzan un límite para intensidades altas dado por la saturación sopt. Además, la señal de cambio de fase de dos niveles es mucho más debil en lo general que las señales de absorción y fluorescencia, y requiere de intensidades altas para ser comparable. Por otro lado, la señal de cambio de fase de tres niveles presenta una oportunidad de ser menos sensibles a variaciones técnicas al inducir transiciones Raman, pero aún se requiere trabajo para compararla con el resto de las señales. Las cuatro señales comparten parámetros en común, dejando las mayores discrepancias a factores geométricos de cada uno de los arreglos. Esto debido a que para un mismo material, sus átomos en resonancia pueden saturarse a intensidades altas, evitando la absorción y fluoresencia contínua de fotones.

Palabras clave: Espectroscopía, Matriz de Densidad, Señal a Ruido, Saturación.

Palabras clave: Espectroscopía, Matriz de Densidad, Señal a Ruido, Saturación..

Índice de contenido

Portada

Índices

Capítulo 1. Introducción

Capítulo 2. Oscilador de Lorentz

  • 2.1 Modelo Clásico del Índice de Refracción

Capítulo 3. Interacciones Átomo-Fotón

  • 3.1 Procesos de Transición Atómicos
  • 3.2 La Matriz de Densidad
  • 3.3 Saturación
  • 3.4 Descripción Cuántica del Índice de Refracción
  • 3.5 Sistema de Tres Niveles

Capítulo 4. Fuentes de Ruido

  • 4.1 Ensanchamiento de Doppler
  • 4.2 Tipos de Ruido en Fotodiodos

Capítulo 5. Generación de Señales

  • 5.1 Señal de Absorción
  • 5.2 Señal de Fluorescencia
  • 5.3 Señal de Cambio de Fase

Capítulo 6. Optimización

  • 6.1 Absorción
  • 6.2 Fluorescencia
  • 6.3 Cambio de Fase

Capítulo 7. Comparación de Señales

Capítulo 8. Conclusiones y Perspectivas a Futuro

Referencias

Apéndice A. Coherencias del Sistema de Tres Niveles

Marines Cabello, J. H. 2021. Caracterización de Señales de Procesos de Transición Atómicos. Tesis Licenciatura. Física. Departamento de Actuaría, Física y Matemáticas, Escuela de Ciencias, Universidad de las Américas Puebla. Mayo. Derechos Reservados © 2021.