espanolBombeando una esfera de rubi con un laser (|E=532 nm) modulado temporalmente, se ha desarrollado un montaje experimental con material docente para medir el desfase y el indice de modulacion en funcion de la frecuencia de modulacion. Los resultados experimentales se han comparado con un modelo teorico basado en las ecuaciones de balance de las poblaciones y de evolucion de la intensidad de bombeo a lo largo del medio activo. Debido a la baja intensidad de bombeo, no es posible asegurar que el bombeo se retrase porque su desfase es demasiado debil. No obstante, la medida del desfase de la fluorescencia puede constituir una practica de laboratorio docente muy interesante, proporcionando un metodo para medir el tiempo de vida media efectivo del rubi. EnglishBy pumping a ruby ball with a temporally modulated laser (λ=532 nm), an experimental setup aimed for teaching purposes has been developed in order to measure the phase change and the modulation index as a function of the modulation frequency. Measurements have been compared with a theoretical model based on the rate equations of populations and the evolution equation of the pump intensity along the active medium. As the pump intensity is too low, then its phase is slightly changed and therefore it is not possible to conclude that the pump intensity is delayed. Nevertheless, the measurement of the fluorescence phase as a function of the modulation frequency can be a very interesting laboratory experiment, since it provides a method useful to determine an effective lifetime of the ruby
espanolBombeando una esfera de rubi con un laser (|E=532 nm) modulado temporalmente, se ha desarrollado un montaje experimental con material docente para medir el desfase y el indice de modulacion en funcion de la frecuencia de modulacion. Los resultados experimentales se han comparado con un modelo teorico basado en las ecuaciones de balance de las poblaciones y de evolucion de la intensidad de bombeo a lo largo del medio activo. Debido a la baja intensidad de bombeo, no es posible asegurar que el bombeo se retrase porque su desfase es demasiado debil. No obstante, la medida del desfase de la fluorescencia puede constituir una practica de laboratorio docente muy interesante, proporcionando un metodo para medir el tiempo de vida media efectivo del rubi. EnglishBy pumping a ruby ball with a temporally modulated laser (λ=532 nm), an experimental setup aimed for teaching purposes has been developed in order to measure the phase change and the modulation index as a function of the modulation frequency. Measurements have been compared with a theoretical model based on the rate equations of populations and the evolution equation of the pump intensity along the active medium. As the pump intensity is too low, then its phase is slightly changed and therefore it is not possible to conclude that the pump intensity is delayed. Nevertheless, the measurement of the fluorescence phase as a function of the modulation frequency can be a very interesting laboratory experiment, since it provides a method useful to determine an effective lifetime of the ruby
El presente Trabajo de Fin de Grado se centra en el estudio del comportamiento de la fase óptica en un láser de semiconductor de emisión lateral y modo discreto (DML). La motivación principal radica en la relevancia de comprender y controlar la difusión de fase de estos dispositivos, ya que es un fenómeno clave en el desarrollo de Generadores Cuánticos de Números Aleatorios. El estudio se ha abordado de forma sistemática, comenzando por el análisis del ruido en fase del láser bajo corriente continua sin modulación, como paso previo a su caracterización bajo una modulación sinusoidal de pequeña senñal. Los resultados experimentales muestran que, en ausencia de modulación, la difusión de la fase óptica disminuye a medida que la corriente continua se incrementa por encima del umbral, debido a la menor influencia relativa de la emisión espontánea. Al introducir la modulación sinusoidal, se observa un incremento notable en la difusión de fase, atribuible a las fluctuaciones de frecuencia (chirp) generadas. Se ha comprobado que tanto el aumento en la frecuencia como en la amplitud de la señal moduladora conllevan un aumento de la varianza de la fase. Un resultado clave es que, en ambas situaciones (con y sin modulación), el ruido en fase sigue una estadística Gaussiana, un comportamiento consistente con los modelos de ecuaciones de balance presentados, que describen la evolución estadística de la fase, cuya varianza aumenta linealmente con el tiempo para corrientes por encima de la corriente umbral. Estos resultados son de gran importancia para la investigación en el futuro de regímenes de modulación más complejos, como el ”gain switching”.
El estudio de la interaccion luz materia con conjuntos atomicos es un area de investigacion activa. Este tipo de sistema permite fundamental estudios sobre la medicion en el contexto de las variables continuas, en entrelazamiento colectiva y en las simulaciones cuanticas. Este campo de la investigacion tambien es interesante en el contexto de la metrologia cuantica, comunicacion cuantica y la computacion cuantica. En esta tesis dos aspectos complementarios de la interaccion luz materia con conjuntos atomicos han sido estudiados con iones atrapados y atomos neutros frios. El experimento de iones atrapados pretende evaluar la posibilidad de utilizar grandes nubes de iones para la realizacion de una memoria cuantica con largo tiempo de coherencia. En vez de que el experimento de atomos frios se centro en el uso de medidas de no demolicion cuantica para evaluar estados no gaussianos. Este experimento es parecido a los experimentos de comunicacion cuantica que se desarrollan actualmente. Los iones atrapados enfriados por laser pueden llegar a una fase cristalina debido a la fuerte repulsion de Coulomb entre los iones. En esta fase, las relativas posiciones entre los iones se fijan de manera a evitar las colisiones y los iones que exploran inhomogeneidades del campo magnetico que puede ser una fuente de perdida de coherencia. Con bajo numero de iones, largos tiempos de coherencia han sido demostrados. Con iones numerosos, el mecanismo de captura puede inducir un calentamiento de la nube de iones, haciendo asi mas dificil de obtener el regimen cristalizado. Durante esta tesis, los cristales de Coulomb grandes que contiene mas de 106 iones se han obtenidos y la prueba de la transparencia inducida electromagneticamente en tal sistema ha sido obtenida. Este estudio tambien revelo las limitaciones de este tipo de sistemas que tienen que ser estudiado mas a fondo para obtener una fuerte probabilidad de interaccion con conjuntos de iones frios en un regimen permitiendo largos tiempos de coherencia. Los sistemas de atomos neutros permiten fuertes probabilidades de acoplamiento luz materia, pero generalmente reduce los tiempos de coherencia. Memorias cuanticas, el entrelazamiento entre atomos y la luz, magnetometria de alta precision han sido demostrados en experimentos relacionados con vapores atomicos neutros. El sistema utilizado en esta tesis se ha disenado para permitir que la probabilidad de acoplamiento luz materia sea importante, con pulsos de luz polarizada, lo que permite medir con precision el estado de espin del sistema atomico sin destruccion y con bajo ruido. La medicion del ruido del sistema es mas baja que el ruido atomico, lo que podria inducir el entrelazamiento colectivo de los espines atomicos (a traves del squeezing de espines inducido por la medicion) y mediciones de campo magnetico ultra sensibles. Este sistema esta estrechamente relacionado con sistemas disenados para la creacion de comunicacion cuantica y memorias cuanticas. Los estados atomicos no gaussianos constituyen un recurso para la computacion cuantica y la comunicacion cuantica, en el contexto de los experimentos de fisica atomica, su deteccion puede ser dificil. El trabajo presentado en esta tesis se centra en la deteccion de los estados no gaussianos en conjuntos atomicos utilizando cumulants, y en particular el ruido relacionado con la medicion de los cumulants.
Se estudia la dinámica del atrapamiento de fluorescencia producida en una descarga de luminiscencia negativa en cátodo hueco al ser iluminada con pulsos de un láser de colorante sintonizado con una transición atómica. Este tipo de descargas en Neón se caracterizan por una elevada densidad de población de la primera configuración excitada que, sumada a su gran sección eficaz de absorción, se manifiesta en un importante atrapamiento de la radiación generada por decaimientos desde la segunda configuración. La perturbación en las poblaciones producida por pulsos láser resonantes con una transición afecta el valor del atrapamiento modificando la dinámica de la emisión fluorescente lo cual podría conducir a interpretaciones erróneas en experiencias de fluorescencia inducidas. Por otro lado, el fuerte acoplamiento radiativo y colisional de las poblaciones de ambas configuraciones y los procesos colisionales intraconfiguración producen una variación temporal de la magnitud del atrapamiento de fluorescencia entre otros niveles. En este trabajo son discutidos los resultados obtenidos en experiencias de fluorescencia inducidas al excitar la transición 1s5 ® 2p2 (notación de Paschen) y detectando la emisión de 2p2 a los niveles 1s2, 1s3 y 1s4 para distintas intensidades de radiación láser. Se pone de relevancia, en el rango de altas intensidades de irradiación, la importancia de tener en cuenta la dinámica del atrapamiento de radiación para la correcta determinación de la densidad de población del nivel excitado. A sí mismo, se presenta la corrección a introducir en un sistema de ecuaciones de cuya resolución se obtienen los valores absolutos de las evoluciones de las densidades de población de los niveles de la primera configuración a partir de la medición de las variaciones de las fluorescencias de distintos niveles excitados 2pj
El objetivo principal de la investigación de la que da cuenta esta memoria es el estudio de la propagación sublumínica y superlumínica de pulsos y señales sinusoidales de luz a través de fibras dopadas con iones de Er3+. Debido a la interacción de la radiación con los iones de erbio, la velocidad de grupo de las señales puede diferir en varios órdenes de magnitud de la velocidad de la luz en el vacío c.\nEn concreto, se ha estudiado la influencia de los procesos de ganancia/absorción y de los fenómenos de transferencia de energía en la propagación sublumínica y superlumínica de señales sinusoidales y pulsos de luz en fibras altamente dopadas con iones de erbio (HEDFs). En estas fibras, los efectos no lineales de propagación son importantes, debido a la alta concentración de iones de Er3+, y a la presencia de clusters de iones, que dan lugar a fenómenos de transferencia de energía (upconversion). El estudio de estos fenómenos ha sido imprescindible para interpretar los resultados experimentales obtenidos. Por otro lado, se han buscado nuevos mecanismos que permitan mejorar la figura de mérito retardo/ancho de banda en fibras dopadas con erbio a temperatura ambiente. Se ha desarrollado una técnica, basada en la modulación de un haz de bombeo, que permite la mejora de los resultados anteriormente conseguidos en fibras dopadas con erbio. Se estudió teóricamente la implementación de esta técnica en otro sistema experimental, los amplificadores ópticos de semiconductor. Complementariamente al estudio del retardo/adelanto, se han estudiado otros parámetros de la señal propagada, como el ensanchamiento y la distorsión, importantes para una posible implementación de la técnica en dispositivos tecnológicos. La metodología de trabajo ha consistido en la realización de experimentos para medir la velocidad de grupo de señales propagándose en fibras dopadas con erbio. La realización de simulaciones numéricas, así como el desarrollo de modelos analíticos, han permitido explicar los resultados obtenidos. Con el fin de estudiar la dependencia de los retardos/avances con las propiedades de la fibra (dopaje, longitud), así como con las propiedades de la señal (anchura en el caso de los pulsos, frecuencia de modulación en el caso de señales sinusoidales, amplitud, cociente potencia de señal/potencia background) y con el bombeo óptico, se ha implementado un sistema experimental que permite la medida de adelantos y retardos de señales luminosas de ancho de banda variable que se propagan por las fibras, respecto de una señal de referencia. Se ha desarrollado un modelo teórico a partir del modelo de oscilaciones coherentes de la población (CPO) particularizado para fibras dopadas con erbio, que incluye los fenómenos de upconvesion, para explicar los resultados experimentales. Para ciertas situaciones experimentales, este modelo permite obtener expresiones analíticas para el desfase debido a las CPO. Para las situaciones donde los efectos de propagación son importantes, las ecuaciones de propagación fueron resueltas numéricamente mediante simulaciones por ordenador.
Este trabalho apresenta os resultados de um estudo experimental da geração de fluorescência na região azul do espectro (421 nm), quando um vapor de rubídio contido em uma célula aquecida interage com um feixe de laser de diodo contínuo (na transição 5S1/2 -> 5P3/2) e um feixe de laser de pulsos ultracurtos de Ti:safira (na transição 5P3/2 _> 5D5/2). Os feixes de laser são focalizados copropagantes no centro da célula óptica de rubídio, tendo polarizações perpendiculares. Efeitos de acumulação coerente são esperados no sistema, uma vez que os tempos de vida dos estados excitados são muito maiores do que o intervalo temporal entre os pulsos do laser de Ti:safira. Ambos os lasers operam com comprimentos de ondas em torno de 780 nm, por em o laser pulsado por ter uma largura de banda elevada consegue fazer uma transição de dois fótons não ressonante nos comprimentos de onda em 780 nm e 776 nm. Os átomos excitados podem decair para o estado fundamental (5S1/2) através do estado intermediário 6P3/2, emitindo a fluorescência no azul em 421 nm. Estudamos a resposta desta fluorescência quando variamos alguns parâmetros como: a frequência e a intensidade do laser de diodo, a densidade atômica da célula, e a influência do bombeio óptico do laser de diodo no sinal.
Apresentamos um estudo da interação de um laser de femtosegundos de Ti:safira, com alta taxa de repetição, com vapor atômico de Rubídio. Trabalhamos no regime de acumulação coerente, em que o tempo de relaxação dos átomos do meio é maior que o tempo entre os pulsos. Para sondar a excitação produzida pelo laser pulsado sobre os vários grupos de velocidades atômicos usamos um laser contínuo de diodo. Estudamos a transmissão do laser de diodo em função de sua frequência, na presença e na ausência do laser pulsado, quando ambos os lasers estão sintonizados na transição 5S1=2 !5P3=2. Os resultados experimentais mostram que a transmissão do laser de diodo aumenta ou diminui dependendo do modo do pente de frequências que está interagindo com o grupo de átomos. Descrevemos os resultados experimentais trabalhando no domínio da frequência e modelando o meio atômico por um conjunto de dois sistemas de três níveis tipo L e um sistema de dois níveis, todos independentes entre si, interagindo com os modos do pente de frequência. Assim, a modelagem teórica considera os vários níveis hiperfinos e discrimina a interação com a transição cíclica do efeito de bombeio ótico, apresentado um resultado em concordância com os dados experimentais obtidos. O experimento foi realizado sem travar a taxa de repetição nem a frequência de off-set do laser de femtosegundos.