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Desenvolvendo novas fontes de estados coerentes da luz para aplicações em ótica quântica

Raul Leonardo Rincon Celis

Published Jun 14, 2018• 0 citations
Publisher

Abstract

Laser diodes are widely used in atomic physics in configurations of external cavity with a diffraction grating (Littrow or Littrow-Metcalf configuration), that allows us to tune its wavelength and filter their spectrum. Even with this control they present an excess noise about 40 dB above the standard quantum level,limiting their uses for quantum optics. Our goal in this project is to decrease the typical noise level of the diode laser, to reasonable values for future work with quantum optics. In order to do that we built a ring laser using a semiconductor chip as the gain medium.

DOI
10.11606/d.43.2018.tde-13062018-150809

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Reducing the phase noise in diode lasers

R. L. Rincón Celis, M. Martinelli

Diode lasers are widely used in atomic physics given their narrow linewidth and wavelength tunability. Nevertheless, although they present low noise for their intensity, excessive noise in the phase limits their application in quantum optics. Looking for reduction of this phase noise, we built and characterized a ring laser, using a semiconductor-tapered amplifier as the gain medium. We were able to reduce the phase noise of a diode laser to a factor of 10 above shot-noise level, bringing it closer to a useful coherent state for applications in quantum information.

Optics Letters•Jun 27, 2019•3 citations

Experimental study of the phase noise of light generated by integrated optical parametric oscillators on a chip

Gabriel C. Rickli

Apresentamos uma caracterização completa do estado quântico do campo gerado por um oscilador paramétrico ótico em um chip de nitreto de silício. Obtivemos compressão de ruído de amplitude de -2,3(3) dB medidos. Nós também mostramos que o ruído de amplitude é perdido conforme a potência de bombeio aumenta para longe do limiar de oscilação. Na busca por medir emaranhamento no sistema, mostramos existir um grande ruído de fase, duas ordens de magnitude maior que o esperado, que impede a geração de emaranhamento nesse sistema nas condições experimentais investigadas. Estudamos estratégias para mitigar esse ruído. De um lado, desenvolvemos novas cavidades e novos chips, que foram fabricados e projetados durante o meu estágio de pesquisa no laboratório da Profa. Michal Lipson na Universidade de Columbia. Temos agora cavidades disponíveis no laboratório para exploração de diversos regimes. Por outro lado, mostramos, pela primeira vez nesse sistema, um aumento do ruído de fase com a temperatura em uma medida controlada. Indicamos um caminho para a primeira geração direta em chip de emaranhamento em variáveis contínuas, com possíveis aplicações para a geração de estados quânticos para a computação quântica universal.

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Coherent light source on C-band telecom and use on Si3N4 chips

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Os estados emaranhados da luz são de grande importância para protocolos de comunicação quântica. Uma das principais fontes que vem sendo estudada no Laboratório de Manipulação Coerente de Átomos e Luz - LMCAL é o oscilador paramétrico ótico (OPO) no qual, através de processos paramétricos não lineares de segunda e terceira ordem (x(2) e x(3)), são produzidos feixes intensos que apresentam correlações quânticas. Recentemente, o LMCAL vem explorando o processo de mistura de quatro ondas (fenômeno derivado da susceptibilidade de terceira ordem x(3)) como fonte geradora de feixes emaranhados. Inicialmente, foi realizado a partir de células de rubídio e agora, em colaboração com o grupo de pesquisa da Profa. Michal Lipson da Universidade de Columbia, em chips de nitreto de silício (Si3N4); permitindo assim possibilidades de modulação ultra-rápida, confinamento de luz em volumes muito reduzidos, além da ótica não-linear do OPO. O presente projeto visa estudar as propriedades quânticas da luz nos OPOs em chips de silício, permitindo que sistemas muito eficientes em informação clássica possam ser usados também para implementação de protocolos de informação quântica.

•Jun 19, 2018•0 citations

Quantum noise fluctuations in a macro fiber optical cavity.

Renato R. Domeneguetti

Mistura de quatro ondas não degenerada em fibras ópticas na configuração de cavidade foi inicialmente proposto como forma de geração de estados comprimidos da luz. Neste trabalho desenvolvemos um tratamento pura- mente quântico da análise da interação não linear entre a luz e a matéria. Com a equação de Fokker-Planck na representação de Wigner obtemos di- retamente das equações o limiar de oscilação dos feixes gêmeos e o efeito de biestabilidade. Das equações de dinâmica linearizadas para as flutuações de quadraturas confirmamos a geração de estados comprimidos provenientes do processo de 4WM, tanto abaixo quanto acima do limiar de oscilação. Não é possível iniciar a geração dos feixes gêmeos sem antes alcançar o limiar de oscilação do espalhamento Brillouin estimulado. Portanto, técnicas para aumentar este limiar devem ser empregadas em qualquer medida de ruído ao nível de shot-noise com geração de campos. Nós também testamos as limitações técnicas intrínsecas do laser de diodo, como o ruído de amplitude e fase, assim como sua estabilidade em um experimento interferômetrico. Abaixo do limiar, a cavidade atua no sentido de reduzir o ruído de fase do laser em um intervalo de frequência que vai de 10MHz a 80MHz.

•Sep 20, 2013•0 citations

Desenvolvimento de fontes de radiação coerente na região azul com lasers semicondutores para experimentos de resfriamento e aprisionamento de átomos de cálcio

David S. L. Figueira

Esta tese apresenta o desenvolvimento de fontes de radiacao coerente na regiao do azul baseadas em lasers semicondutores para excitar a transicao de resfriamento e aprisionamento 1 S0-1P1 do Calcio, em 423nm. Foi construido um laser de diodo em cavidade estendida emitindo em g =846 nm que foi empregado em uma configuracao de Cavidade Estendida de Littman, estabilizada em frequencia pela tecnica de Side-of-Fringe. Parte da potencia deste laser foi amplificada por um amplificador optico semicondutor. Potencias superiores a 700mW em g =846nm foram obtidas. Parte desta potencia do amplificador optico (450mw) foi duplicada em frequencia para g =423nm em um cristal de niobato de potassio(KNbO3), utilizado dentro de uma cavidade optica ressonante com a frequencia do laser. A estabilizacao da cavidade optica duplicadora de frequencia foi feita pela tecnica de Hansch-Coulliaud . O sistema desenvolvido alcancou potencias de 60mW de radiacao coerente azul. Esta fonte laser portatil devera ser utilizada para espectroscopia, resfriamento e aprisionamento de Calcio Abstract

•Dec 20, 2004•0 citations

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Este trabalho relata o desenvolvimento de todo o aparato experimental para a realização de aprisionamento de césio através de uma armadilha magneto-óptica. As fontes de luz neste processo foram os lasers de diodo e todo seu sistema para operação, estabilização e redução da largura de linha foi construído. As medidas das constantes de mola e amortecimento foram realizadas como função dos parâmetros característicos das armadilhas de césio e de sódio. Também realizamos outros experimentos com átomos aprisionados de sódio na presença de duas freqüências, linha D1 e D2. A primeira medida constitui na obtenção da taxa de colisões entre átomos aprisionados na linha D1 e depois foi realizado observações de uma nova estrutura operando neste regime.

•Jul 5, 1996•0 citations
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Mistura de quatro ondas não degenerada em fibras ópticas na configuração de cavidade foi inicialmente proposto como forma de geração de estados comprimidos da luz. Neste trabalho desenvolvemos um tratamento pura- mente quântico da análise da interação não linear entre a luz e a matéria. Com a equação de Fokker-Planck na representação de Wigner obtemos di- retamente das equações o limiar de oscilação dos feixes gêmeos e o efeito de biestabilidade. Das equações de dinâmica linearizadas para as flutuações de quadraturas confirmamos a geração de estados comprimidos provenientes do processo de 4WM, tanto abaixo quanto acima do limiar de oscilação. Não é possível iniciar a geração dos feixes gêmeos sem antes alcançar o limiar de oscilação do espalhamento Brillouin estimulado. Portanto, técnicas para aumentar este limiar devem ser empregadas em qualquer medida de ruído ao nível de shot-noise com geração de campos. Nós também testamos as limitações técnicas intrínsecas do laser de diodo, como o ruído de amplitude e fase, assim como sua estabilidade em um experimento interferômetrico. Abaixo do limiar, a cavidade atua no sentido de reduzir o ruído de fase do laser em um intervalo de frequência que vai de 10MHz a 80MHz.
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