Istraživana je nelinearna interakcija atomskih para alkalija i laserskih izvora u razlicitim uvjetima. Elektromagnetski inducirana transparencija nastaje zbog interakcije između kontinuiranih lasera i atomskih para rubidija u V shemi vezanja stanja. Transparencija je ponajvise rezultat smanjenja populacije osnovnog nivoa zbog saturacije prijelaza vezanog jakim veznim laserom. Usporedbom s teorijskim modelom zakljuceno je da, osim saturacije, i stvorena koherencija u atomima također doprinosi povecanju transparencije. Istražena je interakcija femtosekundnih pulseva s rezonantnim parama rubidija razlicitih koncentracija koristenjem tehnike frekventno razlucivog optickog uzorkovanja (FROG). Efekti prostiranja femtosekundnih laserskih pulseva opticki tankim sredstvom mogu se opisati stvaranjem 0-pi pulseva kod kojih dolazi do znacajnih vremenskih modulacija elektricnog polja pulsa. Dobiveni rezultati uspoređeni su s teorijskim simulacijama prostiranja pulsa rezonantnim medijem u okviru linearne disperzijske teorije, cime su određene granice primjene FROG tehnike na karakterizaciju kompleksnih pulseva. FROG tehnikom mjereni su i pulsevi nakon rezonantne nelinearne interakcije s gustim parama rubidija. Rezultat takve interakcije je konusna emisija. U okviru aproksimacije adijabatske slijednosti zbog razlicitog predznaka razlike izmedu centralne valne duljine pulsa i valne duljine najbliže rezonantne linije dolazi do prostornog samofokusiranja odnosno samodefokusiranja. U frekventnoj domeni dolazi do samomodulacije faze pulsa koja takoder ovisi o predznaku razlike valnih duljina pulsa i rezonantne linije. Mjerenja faze pulsa potvrdila su gore navedene teze kroz razlicito ponasanje spektralne i vremenske faze pulsa ovisno o položaju spektra pulsa u odnosu na rezonanciju. Degenerirano cetverovalno mijesanje (DFWM) femtosekundnih pulseva u natrijevim parama mjereno je u režimu tranzijentne resetke u BOXCARS geometriji. Proucavan je vremenski razvoj UV emisije uzrokovane visefotonskom apsorpcijom u mediju kao i vremenski razvoj generiranog DFWM signala. Modulacije intenziteta tranzijenata objasnjavaju se kvantnim udarima zbog koherentnog pobuđivanja stanja fine strukture. Period modulacije određen je razlikom energija nivoa razlicitog spina. Modulacije eksponencijalno trnu u vremenu određenom karakteristicnim vremenom relaksacija koherencija.
Istraživana je nelinearna interakcija atomskih para alkalija i laserskih izvora u razlicitim uvjetima. Elektromagnetski inducirana transparencija nastaje zbog interakcije između kontinuiranih lasera i atomskih para rubidija u V shemi vezanja stanja. Transparencija je ponajvise rezultat smanjenja populacije osnovnog nivoa zbog saturacije prijelaza vezanog jakim veznim laserom. Usporedbom s teorijskim modelom zakljuceno je da, osim saturacije, i stvorena koherencija u atomima također doprinosi povecanju transparencije. Istražena je interakcija femtosekundnih pulseva s rezonantnim parama rubidija razlicitih koncentracija koristenjem tehnike frekventno razlucivog optickog uzorkovanja (FROG). Efekti prostiranja femtosekundnih laserskih pulseva opticki tankim sredstvom mogu se opisati stvaranjem 0-pi pulseva kod kojih dolazi do znacajnih vremenskih modulacija elektricnog polja pulsa. Dobiveni rezultati uspoređeni su s teorijskim simulacijama prostiranja pulsa rezonantnim medijem u okviru linearne disperzijske teorije, cime su određene granice primjene FROG tehnike na karakterizaciju kompleksnih pulseva. FROG tehnikom mjereni su i pulsevi nakon rezonantne nelinearne interakcije s gustim parama rubidija. Rezultat takve interakcije je konusna emisija. U okviru aproksimacije adijabatske slijednosti zbog razlicitog predznaka razlike izmedu centralne valne duljine pulsa i valne duljine najbliže rezonantne linije dolazi do prostornog samofokusiranja odnosno samodefokusiranja. U frekventnoj domeni dolazi do samomodulacije faze pulsa koja takoder ovisi o predznaku razlike valnih duljina pulsa i rezonantne linije. Mjerenja faze pulsa potvrdila su gore navedene teze kroz razlicito ponasanje spektralne i vremenske faze pulsa ovisno o položaju spektra pulsa u odnosu na rezonanciju. Degenerirano cetverovalno mijesanje (DFWM) femtosekundnih pulseva u natrijevim parama mjereno je u režimu tranzijentne resetke u BOXCARS geometriji. Proucavan je vremenski razvoj UV emisije uzrokovane visefotonskom apsorpcijom u mediju kao i vremenski razvoj generiranog DFWM signala. Modulacije intenziteta tranzijenata objasnjavaju se kvantnim udarima zbog koherentnog pobuđivanja stanja fine strukture. Period modulacije određen je razlikom energija nivoa razlicitog spina. Modulacije eksponencijalno trnu u vremenu određenom karakteristicnim vremenom relaksacija koherencija.
Istraživana je nelinearna interakcija atomskih para alkalija i laserskih izvora u razlicitim uvjetima. Elektromagnetski inducirana transparencija nastaje zbog interakcije izmedu kontinuiranih lasera i atomskih para rubidija u V shemi vezanja stanja. Transparencija je ponajvise rezultat smanjenja populacije osnovnog nivoa zbog saturacije prijelaza vezanog jakim veznim laserom. Usporedbom s teorijskim modelom zakljuceno je da, osim saturacije, i stvorena koherencija u atomima takoder doprinosi povecanju transparencije. Istražena je interakcija femtosekundnih pulseva s rezonantnim parama rubidija razlicitih koncentracija koristenjem tehnike frekventno razlucivog optickog uzorkovanja (FROG). Efekti prostiranja femtosekundnih laserskih pulseva opticki tankim sredstvom mogu se opisati stvaranjem 0-π pulseva kod kojih dolazi do znacajnih vremenskih modulacija elektricnog polja pulsa. Dobiveni rezultati usporedeni su s teorijskim simulacijama prostiranja pulsa rezonantnim medijem u okviru linearne disperzijske teorije, cime su odredene granice primjene FROG tehnike na karakterizaciju kompleksnih pulseva. FROG tehnikom mjereni su i pulsevi nakon rezonantne nelinearne interakcije s gustim parama rubidija. Rezultat takve interakcije je konusna emisija. U okviru aproksimacije adijabatske slijednosti zbog razlicitog predznaka razlike izmedu centralne valne duljine pulsa i valne duljine najbliže rezonantne linije dolazi do prostornog samofokusiranja odnosno samodefokusiranja. U frekventnoj domeni dolazi do samomodulacije faze pulsa koja takoder ovisi o predznaku razlike valnih duljina pulsa i rezonantne linije. Mjerenja faze pulsa potvrdila su gore navedene teze kroz razlicito ponasanje spektralne i vremenske faze pulsa ovisno o položaju spektra pulsa u odnosu na rezonanciju. Degenerirano cetverovalno mijesanje (DFWM) femtosekundnih pulseva u natrijevim parama mjereno je u režimu tranzijentne resetke u BOXCARS geometriji. Proucavan je vremenski razvoj UV emisije uzrokovane visefotonskom apsorpcijom u mediju kao i vremenski razvoj generiranog DFWM signala. Modulacije intenziteta tranzijenata objasnjavaju se kvantnim udarima zbog koherentnog pobudivanja stanja fine strukture. Period modulacije odreden je razlikom energija nivoa razlicitog spina. Modulacije eksponencijalno trnu u vremenu odredenom karakteristicnim vremenom relaksacija koherencija.
Kvantno sprezanje parova fotona od velikog je značaja u kvantnoj optici te nalazi primjenu u područjima kvantne kriptografije, kvantne teleportacije i razvoju kvantnih računala. S obzirom na brzinu prijenosa informacija i slabu interakciju sa okolinom, fotoni su idealni za brz, efikasan i siguran prijenos informacije te imaju veliku ulogu u razvoju kvantnih komunikacijskih mreža. U ovom diplomskom radu opisan je eksperimentalni postav za dobivanje polarizacijski spregnutih parova fotona valnih duljina 810 nm koji je realiziran u Istraživačkoj jedinici za fotoniku i kvantnu optiku Instituta Ruder Bošković u Zagrebu. Osim opisa realizacije postava, predstavljeni su eksperimentalni rezultati mjerenja korelacije polarizacijskih stanja spregnutih fotona te je potvrdeno narušenje Bell-ove nejednakosti u CHSH obliku od 114 standardnih devijacija od klasične granice.
U ovoj disertaciji su obrađena tri značajna problema u teorijskoj fizici kondenzovanog stanja posredstvom dualnih pristupa. Prvi deo doktorata obuhvata ispitivanje eksitonske disperzije četiri aromatična ugljovodonika. Teorijske krive, bazirane na modelu Frenkelovih neinteragujućih eksitona, upoređene su sa eksperimentalnim podacima i uočeno je zadovoljavajuće slaganje. Perturbativne korekcije, koje potiču od eksiton-eksiton interakcija, su zanemarljive. U drugoj glavi doktorata ispitana je korelacija između kvantne zamršenosti i kvantne koherentnosti u sistemima spinskih kubita. Veza je istražena u sistemima sa Đalošinski-Morija interakcijom, kao i dva tipa anizotropije. Metod kvantne renormalizacione grupe korišćen je za uočavanje korelacije u sistemima različitih dimenzija, ali i za ispitivanje veze dve kvantno-informatičke veličine sa kvantnim faznim prelazima sistema. Treća glava doktorata posvećena je analizi odzivne funkcije i najvećeg Ljapunovljevog eksponenta jako prigušenog Frenkel-Kontorova modela sa dva tipa neharmonijskog konveksnog međučestičnog potencijala. Dobijeni rezultati su upoređeni sa rezultatima standardnog Frenkel-Kontorova modela, kao i sa dostupnim eksperimentalnim podacima u sistemima talasa gustine naboja, Džozefsonovih spojeva i koloidnim sistemima. Uočeni su tragovi dinamičkog zaključavanja i Šapirovi stepenici u oba smera kretanja čestica.
Zahvalnica Na pruenoj ubavi, razumevau i podrxci, kao i na svemu xto se ne bi moglo ni pobrojati, zahva ujem se svojoj porodici, ocu Milivoju, majci i ani, bratu Miloxu i sestri Mi ani.Hvala mentoru dr Branislavu Jelenkoviu na voeu i brojnim savetima tokom istraivaqkog rada i izrade doktorske teze.Na mnogobrojnim diskusijama u vezi istraivaa, kao i fizike uopxte, zahva ujem se kolegi dr Aleksandru Krmpotu.Hvala kolegama Senki, Stanku, Zoranu i Marini na trenucima koji su ulepxali zajedniqki istraivaqki rad.Hvala i svim prijate ima koji su neposredno ili posredno doprineli ovom postignuu.Ovaj rad je uraen u Centru za fotoniku Instituta za fiziku Univerziteta u Beogradu i finansiran je u okviru projekata 141003, III45016 i OI171038 Ministarstva nauke, odnosno Ministarstva prosvete i nauke Republike Srbije.Electromagnetically induced coherent effects in laser excited Raman resonances in rubidium vapor
U ovom se radu koristenjem metoda kvantnog Monte Carla proucavaju osnovna stanja trimera 4He3He23Na i 4He4He23Na, koji predstavljaju slabo vezana stanja. Prvo su određene energije osnovnih stanja i rezultati su uspoređeni s vrijednostima koji su procijenili drugi autori koristeci razlicite metode i potencijale interakcije. Koristeci ciste estimatore difuzijskog Monte Carla određene su srednje kvadratne međucesticne udaljenosti, te prostorne razdiobe za 4He4He23Na. Ispitan je uvjet za halo stanja trimera i procijenjen je njihov položaj u odnosu na univerzalnu liniju.
Στη διατριβή αυτή μελετήθηκαν τα μη-γραμμικά φαινόμενα που προκύπτουν από την αλληλεπίδραση σύμφωνου φωτός με ατμούς καλίου. Σκοπός της μελέτης είναι η επίτευξη, κατά το μέτρο του εφικτού, σύμφωνου ελέγχου του ατομικού συστήματος: παραγωγή σύμφωνης ακτινοβολίας σε διαφορετικά μήκη κύματος, έλεγχος του πληθυσμού και των καναλιών αποδιέγερσης και μελέτη των αναδυόμενων φαινομένων πειραματικά και θεωρητικά. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν ένας και δύο κατάλληλοι παλμοί laser. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μία μικρή εισαγωγή στις κυριότερες έννοιες της μη-γραμμικής οπτικής και στον τρόπο μαθηματικής μελέτης των φαινομένων, μέσω της θεωρίας διαταραχών και του πίνακα πυκνότητας. Στο κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων με στενούς παλμούς 40fs και μεγάλη ενέργεια έως 125μJ, στις δύο διαδρομές του ατομικού συστήματος. Οι ακτινοβολίες της διαδρομής-1 βρέθηκαν να είναι φύσης παραμετρικής μίξης τεσσάρων κυμάτων και μίξη τεσσάρων κυμάτων με τα φωτόνια της SHRS ακτινοβολίας. Παρατηρήθηκε η δράση της καταστρεπτικής κβαντικής συμβολής άρτιου αριθμού φωτονίων η οποία οδηγεί σε γραμμική απόκριση της ενέργειας των ακτινοβολιών σε σχέση με την ενέργεια διέγερσης. Το φαινόμενο του διαχωρισμού Autler-Townes στο φάσμα εκπομπής μίας FWM ακτινοβολίας μέσω εσωτερικά παραγόμενου πεδίου, κυρίως στην |5P3/2⟩ είναι κατά την γνώμη μας νέο στη βιβλιογραφία, ιδίως με την χρήση ενός παλμού laser, και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη πειραματική μέτρηση είτε διπολικών ροπών διεγερμένων καταστάσεων είτε των αντίστοιχων συχνοτήτων Rabi. Οι ακτινοβολίες της διαδρομής-2 παρουσιάζουν ισχυρές ενδείξεις παραμετρικής μίξης τεσσάρων κυμάτων ή μίξης τεσσάρων κυμάτων, με ισχυρή γωνιακή εκτροπή και multi-filamentation σε κάποιες περιπτώσεις, ενώ και εδώ υπάρχει ορατός διαχωρισμός (splitting) κυρίως στη |4P3/2⟩. Η μίξη έξι κυμάτων (SWM) μέσω της |5S1/2⟩ μπορεί να εξηγήσει τις ισχυρές ακτινοβολίες της διαδρομής ως ένα V-σύστημα με το τελευταίο μέρος της SWM να δρα ως πεδίο σύζευξης για τη διαδρομή-2. Ο μηχανισμός αυτός συνδέει ουσιαστικά τις δύο διαδρομές αποδιέγερσης του ατομικού συστήματος. Στο κεφάλαιο 3 μελετούμε τη συμπεριφορά του συστήματος θεωρητικά, λύνοντας αριθμητικά τις εξισώσεις κίνησης για τα στοιχεία σij του πίνακα πυκνότητας και τις εξισώσεις διάδοσης για τις συχνότητας Rabi του ανοιχτού μοντέλου του ατομικού συστήματος του καλίου, για fsec διφωτονική διέγερση. Εξετάζεται η αξονική +ζ διάδοση των ακτινοβολιών. Για την περίπτωση του ενός μόνο παλμού (παλμός διέγερσης) παρατηρούμε ότι η fsec διέγερση παράγει παρόμοια αποτελέσματα με τις παλαιότερες εργασίες στην περιοχή των nsec αλλά και χαρακτηριστικές διαφορές. Οι ακτινοβολίες της διαδρομής-1, παραγόμενες εσωτερικά με συχνότητες ω24 και ω41 είναι ισχυρές, σύγχρονες και σύμφωνες. Ο μηχανισμός δημιουργίας τους είναι η παραμετρική μίξη τεσσάρων κυμάτων, αλλά και η μίξη τεσσάρων κυμάτων με την ενισχυμένη σκέδαση υπέρ-Raman. Οι εντάσεις τους ενισχύονται αρχικά μη-γραμμικά (εκθετικά) με την αύξηση της έντασης του laser, μετά αυξάνονται γραμμικά λόγω καταστρεπτικής κβαντικής συμβολής, ενώ παρουσιάζουν κορεσμό για μεγάλες τιμές έντασης διέγερης. Σε διέγερση της |6S1/2⟩ με αποσυντονισμό η ω24 SHRS ακτινοβολία επηρεάζεται λιγότερο από την ω41, ενώ τα στοιχεία συμφωνίας σ12, σ24 και σ23 παρουσιάζουν μία επιπρόσθετη ταλαντωτική συμπεριφορά συχνότητας ωα = ∆12−∆14, με τα πραγματικά και τα φανταστικά μέρη τους να έχουν διαφορά φάσης π 2 . Εξετάζεται η παραγωγή των ακτινοβολιών σε σχέση με την διάδοση στο ατομικό μέσο. Για δεδομένη ένταση διέγερσης και ατομική πυκνότητα οι ακτινοβολίες αυξάνονται μη-γραμμικά στα πρώτα mm διάδοσης, ενώ η αύξησή τους μετατρέπεται σε γραμμική μετά από διάδοση σε κάποιο κρίσιμο μήκος. Τέλος παρουσιάζουν κορεσμό μετά από διάδοση περίπου όσο το μήκος Rayleigh. Παρατηρούμε δηλαδή την καταστρεπτική κβαντική συμβολή σε σχέση με το μήκος διάδοσης. Η διαδρομή-2 ενεργοποιείται αρκετά μακριά χρονικά, σε χρόνους περίπου 4nsec, όταν η κατάσταση |3⟩ αποκτήσει αρκετό πληθυσμό ώστε να παραχθούν ακτινοβολίες λόγω ενισχυμένης αυθόρμητης εκπομπής (ASE). Επομένως είναι δύσκολο να παρατηρηθούν στους χρόνους των psec όπου μπορούμε πρακτικά να εφαρμόσουμε την αριθμητική επίλυση των εξισώσεων του μοντέλου μας. Από την άλλη πλευρά όμως, παρατηρούνται στη διαδρομή-2 ακτινοβολίες πολύ μικρής έντασης, σύγχρονες του παλμού διέγερσης, ακτινοβολίες που είναι παραμετρικής φύσης. Αυτές ενισχύονται πολύ με τη χρήση δεύτερου laser με κατάλληλη συχνότητα σε ένα Λ ή V σύστημα στην |3⟩ κατάσταση. Στη διέγερση με δύο παλμούς, τον ισχυρό διφωτονικό παλμό διέγερσης και τον πολύ μικρότερο παλμό σύζευξης, μελετήθηκε το σύστημα V, όπου ο παλμός συζεύγει την θεμελιώδη με κάποια διεγερμένη, αλλά και το σύστημα Λ, όπου συνδέεται η ανώτερη κατάσταση της διέγερσης με μία ενδιάμεση διεγερμένη κατάσταση, και στις δύο διαδρομές του ατομικού συστήματος. Στη διαδρομή-1 ο εξαιρετικά μικρής έντασης παλμός σύζευξης ενισχύει πολύ τις ενέργειες των παραγόμενων ακτινοβολιών και μετατοπίζει χρονικά την παραγωγή τους σε μικρότερους χρόνους, καθιστώντας τους σύγχρονους με τα φωτόνια του laser διέγερσης. Επίσης μετατοπίζει το κρίσιμο σημείο ζ0, στο οποίο παρατηρούμε την έναρξη της καταστρεπτικής κβαντικής συμβολής, κοντύτερα στην αρχή του κελιού (θέση ζ = 0). Από την ενέργεια των παραγόμενων ακτινοβολιών σε συνάρτηση με την χρονική καθυστέρηση διέγερσης-σύζευξης υπολογίσαμε τον χρόνο μείωσης συμφωνίας των καταστάσεων |5P3/2,1/2⟩ και |6S1/2⟩ στο V σύστημα, ως T 5P = 136.2ps και T 6S = 11.1ps, τιμές κοντά στις πειραματικές 92ps και 35ps αντίστοιχα, θεωρούμενες σχετικά ακριβείς τιμές, σε σχέση με τις αριθμητικές δυνατότητες του απλοϊκού μας μοντέλου. Στο Λ-σύστημα με τον ίδιο τρόπο υπολογίστηκε T 6S = 9.9ps. Στη διαδρομή-2 η διέγερση προκαλεί επίσης ισχυρή ενίσχυση των ασήμαντων πριν ακτινοβολιών, χωρίς να επηρεάζει τη μεταφορά πληθυσμού στην κατάσταση |3⟩, η οποία παραμένει σε αμελητέα επίπεδα. Επομένως οι σύγχρονες του παλμού διέγερσης ακτινοβολίες της διαδρομής-2, είναι παραμετρικής φύσης μίξη τεσσάρων κυμάτων, αν και είναι αρκετά ασθενέστερες των αντίστοιχων της διαδρομής-1. Οι ακτινοβολίες αυξάνονται γραμμικά με την αύξηση της έντασης του laser διέγερσης. Από την ενέργειά τους σε συνάρτηση με την χρονική καθυστέρηση των παλμών διέγερσης και σύζευξης υπολογίσαμε τον χρόνο μείωσης συμφωνίας των καταστάσεων |4P3/2,1/2⟩ και |6S1/2⟩ στο V σύστημα, βρίσκοντας T 4P ≈ 1ps και T 6S = 2.5ps. Αντίστοιχα στο Λ-σύστημα η τιμή του χρόνου για την |6S1/2⟩ κατάσταση βρέθηκε T 6S = 16.3ps, σε πολύ καλή συμφωνία με το πείραμα. Επειδή ο κύριος μηχανισμός μείωσης της συμφωνίας είναι οι ελαστικές κρούσεις των ατόμων με τα άτομα του αδρανούς αερίου, η προηγούμενη μέθοδος είναι ένα καλό εργαλείο για τον πειραματικό καθορισμό του ρυθμού κρούσεων σε ένα αέριο ατομικό σύστημα.