A transparência eletromagneticamente induzida (EIT) atraiu bastante atenção no campo da física atômica por suas possíveis aplicações em informação quântica. No entanto, processos transientes em condição de EIT não foram tão largamente estudados. Nesse trabalho, investigamos átomos frios de rubídio sob condição de EIT, num estado transiente. Utilizando espectroscopia de correlação de ruído, que é uma técnica mais sensível que uma espectroscopia de intensidade média, investigamos a resposta atômica assimétrica para uma varredura crescente ou decrescente na frequência do feixe de prova do sistema de Lambda-EIT. A observação dessa assimetria, que não podia ser explicada pelas previsões teóricas baseadas nas equações de Bloch para o átomo de 3-níveis, modelo até então utilizado, nos lançou numa busca pelas possíveis causas desse efeito enigmático. Logo, várias hipóteses foram formuladas, acarretando uma larga exploração experimental, incluindo o ângulo entre os feixes de EIT, dessintonia, potência e direção de incidência do rebombeio. Além disso, espectros no domínio do tempo foram estudados, para entender a evolução temporal do sistema para o estado estacionário. Paralelamente ao experimento, desenvolvemos novos modelos teóricos. Nossa mais recente abordagem teórica modela o sistema como um átomo de 5-níveis, nos quais 3 níveis são referentes ao sistema Lambda e os outros dois são os níveis acoplados pelo rebombeio. Ainda mais, consideramos também as forças óticas no sistema. Esse modelo obteve bom acordo com os dados experimentais, para espectroscopia de intensidade média.
A transparência eletromagneticamente induzida (EIT) atraiu bastante atenção no campo da física atômica por suas possíveis aplicações em informação quântica. No entanto, processos transientes em condição de EIT não foram tão largamente estudados. Nesse trabalho, investigamos átomos frios de rubídio sob condição de EIT, num estado transiente. Utilizando espectroscopia de correlação de ruído, que é uma técnica mais sensível que uma espectroscopia de intensidade média, investigamos a resposta atômica assimétrica para uma varredura crescente ou decrescente na frequência do feixe de prova do sistema de Lambda-EIT. A observação dessa assimetria, que não podia ser explicada pelas previsões teóricas baseadas nas equações de Bloch para o átomo de 3-níveis, modelo até então utilizado, nos lançou numa busca pelas possíveis causas desse efeito enigmático. Logo, várias hipóteses foram formuladas, acarretando uma larga exploração experimental, incluindo o ângulo entre os feixes de EIT, dessintonia, potência e direção de incidência do rebombeio. Além disso, espectros no domínio do tempo foram estudados, para entender a evolução temporal do sistema para o estado estacionário. Paralelamente ao experimento, desenvolvemos novos modelos teóricos. Nossa mais recente abordagem teórica modela o sistema como um átomo de 5-níveis, nos quais 3 níveis são referentes ao sistema Lambda e os outros dois são os níveis acoplados pelo rebombeio. Ainda mais, consideramos também as forças óticas no sistema. Esse modelo obteve bom acordo com os dados experimentais, para espectroscopia de intensidade média.
Estudamos a espectroscopia de correlação de intensidade de dois feixes laser com excesso de ruído de fase em condição de transparência eletromagneticamente induzida (EIT) em átomos frios de rubídio. Em particular, analisamos três aspectos da espectroscopia de corre-lação. O primeiro, no âmbito teórico, corresponde ao tratamento perturbativo da dinâmica atômica para o cálculo do espectro de correlação. Mostramos que, para campos com baixo ruído de fase, o termo a primeira ordem da expansão é suficiente para descrever completamente a correlação do sistema. No entanto, para campos que apresentam excesso de ruído de fase, observamos que é necessário considerar os termos de ordem superior para obtermos uma descrição completa do sistema. A abordagem perturbativa nos permite ter uma expressão analítica que relaciona o espectro de correlação no domínio das frequências com as propriedades de absorção e dispersão associadas ao meio atômico.\\\\ No âmbito experimental, analisamos duas situações diferentes para a espectroscopia de correlação. A primeira foi a espectroscopia de correlação para diferentes valores de dessintonia de frequência com relação à ressonância atômica. Mostramos pela primeira vez que a correlação apresenta ressonâncias na frequência das bandas laterais enquanto os campos estiverem dessintonizados fora da largura espectral dada pela emissão espontânea. Nossos resultados experimentais são descritos de maneira satisfatória pelo modelo perturbativo para a correlação definida no domínio da frequência. Além disso, mostramos que em certas condições, o modelo perturbativo se reduz ao nosso modelo heurístico para a função de correlação g2(0) no domínio do tempo, sendo ela uma aproximação válida para descrever correlação entre os campos.\\\\ O terceiro aspecto estudado neste trabalho se refere aos efeitos dinâmicos sobre a espectroscopia de correlação. Investigamos como a evolução transiente do sistema atômico, devido às forças de espalhamento que a luz exerce sobre os átomos, induz a uma assimetria espectral na correlação, se apresentando assim, como um efeito de ``histerese\". No entanto, para campos dentro da janela de transparência, mostramos que o sistema é insensível ao efeito de tais forças. Esta é a primeira observação do efeito dinâmico sobre a espectroscopia de correlação. Assim, mostramos que a espectroscopia de correlação se torna um ferramenta de alta precisão para detectar efeitos dinâmicos nos átomos frios, pois tais efeitos escapam da simples observação quando é feita a espectroscopia de transmissão padrão.
Neste trabalho apresentamos resultados experimentais e teóricos do ruído de intensidade e de fase, e das correspondentes correlações, entre os campos de bombeio e sonda na transparência induzida eletromagneticamente. Experimentalmente, nessa condição, medimos excesso de ruído de intensidade em ambos feixes e correlação e anti-correlação de ruído de intensidade, mostrando claramente que elas dependem tanto da intensidade dos feixes, quanto da frequência de análise em que as medidas são realizadas. Utilizando uma varredura local do feixe sonda, observamos estruturas no espectro de ruído dos campos na transparência induzida e, a partir do ruído da soma e da diferença das intensidades dos feixes, vimos que nessa região há zonas com correlação e anti-correlação de intensidade, intercaladas. Estas estruturas dependem, novamente, da intensidade dos feixes e da frequência de análise. Ainda no campo experimental, com relação ao ruído de fase, medimos excesso de ruído nos nossos feixes e, pela primeira vez, medimos uma correlação desse ruído entre os feixes na condição de transparência induzida. Teoricamente, aprofundamos análises realizadas com um modelo em que átomos e campos são tratados quanticamente e, dadas as limitações constatadas, desenvolvemos um novo modelo semi-clássico. As novas previsões obtidas com esse modelo, em que os campos possuem fases difusivas, mostram um bom acordo qualitativo com os resultados experimentais. O excesso de ruído de intensidade dos feixes, observado na transparência induzida, se deve ao excesso de ruído de fase dos lasers, que é transferido ressonantemente pelos átomos para o ruído de intensidade.
Por meio da espectroscopia de ruído, estudamos a correlação entre dois feixes de luz com polarizações circulares opostas, acoplando a transição 5S1/2 F=2 à 5P3/2 F1=2 em configuração de Transparência Eletromagneticamente Induzida (EIT sigla em inglês) com átomos frios de Rubídio 85. Observamos a mudança de correlação para anti-correlação entre os feixes de prova e controle fora da ressonância, conforme aumentamos a sua potência. Esta transição é uma consequência da competição que existe entre a absorção de um fóton no sistema , responsável pelo regime de correlação, e as transições Stokes e Anti-Stokes que produzem a anti-correlação dos feixes. A partir dos espectros do sinal médio da intensidade e da correlação de ruído observamos, nesta última, que o pico de EIT é livre de alargamento por potência, o que possibilita que a medida do tempo de coerência entre os níveis fundamentais na condição de EIT seja mais precisa. Usando o modelo de Difusão de Fase para campos em EIT em configuração, observamos que os espectros teóricos de correlação estão de acordo com os dados experimentais. Isto mostra que esta teoria modela um sistema que envolve níveis hipefinos com degenerescência, através de um sistema simples de 3 níveis. O modelo também prevê o não alargamento do pico de correlação e mostramos ser esta uma medida mais fina de caracterização da largura de linha em comparação ao sinal médio da intensidade.
Por meio da espectroscopia de ruído, estudamos a correlação entre dois feixes de luz com polarizações circulares opostas, acoplando a transição 5S1/2 F=2 à 5P3/2 F1=2 em configuração de Transparência Eletromagneticamente Induzida (EIT sigla em inglês) com átomos frios de Rubídio 85. Observamos a mudança de correlação para anti-correlação entre os feixes de prova e controle fora da ressonância, conforme aumentamos a sua potência. Esta transição é uma consequência da competição que existe entre a absorção de um fóton no sistema , responsável pelo regime de correlação, e as transições Stokes e Anti-Stokes que produzem a anti-correlação dos feixes. A partir dos espectros do sinal médio da intensidade e da correlação de ruído observamos, nesta última, que o pico de EIT é livre de alargamento por potência, o que possibilita que a medida do tempo de coerência entre os níveis fundamentais na condição de EIT seja mais precisa. Usando o modelo de Difusão de Fase para campos em EIT em configuração, observamos que os espectros teóricos de correlação estão de acordo com os dados experimentais. Isto mostra que esta teoria modela um sistema que envolve níveis hipefinos com degenerescência, através de um sistema simples de 3 níveis. O modelo também prevê o não alargamento do pico de correlação e mostramos ser esta uma medida mais fina de caracterização da largura de linha em comparação ao sinal médio da intensidade.
Neste trabalho, estudamos os mecanismos de descoerência entre níveis fundamentais degenerados de um sistema atômico. Isso foi possível a partir da investigação de espectros de absorção de um feixe de prova, após atravessar um sistema atômico de três níveis na configuração “Lambda" (Ʌ), na presença de um feixe intenso de controle. O sistema atômico considerado era preparado numa superposição coerente de seus estados fundamentais, o “estado escuro", através de processos de bombeamento óptico, possibilitando a observação de um efeito conhecido na literatura como Transparência Eletromagneticamente Induzida (EIT, Electromagnetically Induced Transparency). O efeito de EIT é verificado quando os dois campos estão na condição de ressonância de dois fótons, levando a uma diminuição na absorção dos feixes pelos átomos. Para os experimentos, utilizamos uma células contendo vapor atômico de césio em temperatura ambiente e sondamos a transição hiperfina F = 3 ↔ F’ = 2 pertencente a sua linha D2. O sistema físico real possui degenerescências, mas pode se comportar como um sistema simples de três níveis quando manipulamos adequadamente as polarizações dos feixes incidentes, que em nosso caso possuíam polarizações circulares opostas. Investigamos o comportamento do sinal de EIT com a intensidade do feixe de controle, com o diâmetro dos feixes e com o ângulo formado entre eles. O modelo teórico desenvolvido, considerando um dos feixes muito mais intenso do que o outro, de forma a nos possibilitar tratar o problema de forma perturbativa, nos levou a uma solução aproximada para a equação da coerência que apresentou um bom acordo, qualitativo e quantitativo, com os resultados experimentais.
Nesta dissertação desenvolvemos um modelo teórico para estudar os efeitos coerentes da transparência eletromagneticamente induzida (EIT), que é baseada no aprisionamento coerente de população (CPT), e da absorção eletromagneticamente induzida (EIA), associada ao mecanismo da transferência espontânea de coerência dos estados excitados para os estados fundamentais, em vapor atômico. Consideramos um modelo semi-clássico, onde os átomos são tratados como um sistema de quatro níveis interagindo com dois campos ópticos (um campo forte e um fraco) em uma confi guração do tipo N. Obtivemos a solução analítica e numérica realizando uma análise detalhada da largura das ressonâncias de EIA e EIT em função da potência do campo forte para diferentes taxas de transferência espontânea da coerência, associada no modelo ao parâmetro B. Nossos resultados mostram que, quanto maior o valor de B menor o alargamento por potência das ressonâncias de EIT ou de EIA. No caso extremo, B = 1, observamos apenas a ressonância de EIA livre de alargamento por potência. Por outro lado, um maior alargamento ocorre quando temos B = 0, onde apenas o efeito de EIT é observado e nosso modelo é equivalente a um sistema do tipo A. Além disso, obtivemos os mesmos resultados analisando os espectros de fluorescência, mostrando que as ressonâncias estreitas observadas têm o mesmo comportamento que o espectro de absorção do campo fraco. Outro resultado bastante interessante obtido do nosso modelo, é que para alguns valores de B e da potência do campo forte não é possível identi car qualquer efeito coerente nos espectros de absorção e de fluorescência. Desta forma, determinamos uma curva de B em função da potência do campo forte mostrando quais condições devem ser satisfeitas para observar o sinal de EIT ou de EIA. Para avaliar as soluções analíticas obtidas através de métodos perturbativos, obtivemos a solução numérica do conjunto de equações obtendo um excelente acordo entre as soluções analíticas aproximadas e as soluções numéricas exatas. Uma das aplicações dos resultados obtidos neste trabalho é permitir a criação de novas técnicas de magnetometria de alta resolução, como também a construção de novas memórias atômicas baseadas em ressonâncias do tipo EIA.