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Correlations Intensity Noise Electromagnetically Induced Transparency Stage Experiments Theory

José Gabriel Aguirre Gómez

Published Mar 26, 2004• 0 citations
OpenAlex

Abstract

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.

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Fluctuations Electromagnetic Fields Interacting Coherently Prepared Atomic Media

Luciano Soares da Cruz

Neste trabalho estudamos, experimental e teoricamente, as flutuações de campos eletromagnéticos após a interação com sistemas atómicos em configuração de dois níveis com degenerescências. Estes sistemas atómicos eram preparados em superposições coerentes de seus estados obtidas através dos fenômenos de Transparência e Absorção Eletromagneticamente Induzidas. O sistema físico foi considerado em dois modelos teóricos semiclássicos distintos: resposta atómica linear e difusão de fase. Estes modelos se baseiam no fato de que lasers de díodo possuem excesso de ruído na fase, que durante o processo de interação coerente com o sistema atómico é transferido ressonantemente para o ruído de intensidade. Em nossa análise, observamos resultados não triviais em relação aos sinais de ruído e correlação entre os campos medidos. Verificamos que, num vapor atómico, a largura Doppler associada à transição tem um papel fundamental na composição elo sinal ele ruído. Observamos que mesmo transições que, a priori, estariam não ressonante podem ter contribuição significativa para o sinal ele ruído. Os modelos teóricos desenvolvidos apresentaram um bom acordo qualitativo com parte dos dados experimentais e se mostraram uma ferramenta útil para a análise da influência dos efeitos coerentes nas flutuações elos campos, quando o laser possui excesso de ruído ele fase.

•Jul 28, 2005•0 citations

Electromagnetic field fluctuations an electromagnetically induced transparency

F. A. S. Barbosa

A Transparência Eletromagneticamente Induzida tem sido muito usada atualmente para implementação de memórias quânticas. Neste trabalho, estudamos este fenômeno, experimental e teoricamente, utilizando um sistema de dois níveis com degenerescências como modelo para o átomo. Tratamos o campo eletromagnético como quantizado e propomos um modelo linearizado para as flutuações que leva em consideração as forças quânticas de Langevin. Devido ao excesso de ruído de fase presente em nosso laser, a implementeção numérica do modelo levou em consideração apenas a autocorrelação de fase como fonte para o sinal de ruído observado. Este modelo mostrou um bom acordo qualitativo com os dados experimentais observados. Fizemos medidas de ruído de soma e subtração com o esquema de deteção balanceada, calculamos os coeficientes de correlação normalizado e mostramos que há regiões de correlação e anticorrelação que variam com a intensidade do feixe. Observamos também uma inversão de picos no sinal de soma não prevista pelo modelo à medida que diminuimos a intensidade. Esta inversão pode ser causada por contribuições das flutuações de amplitude do laser a baixas intensidades.

•Apr 6, 2009•0 citations

Correlation spectroscopy in electromagnetically induced transparency condition: dynamical regime and sidebands resonances in cold atoms

H. M. Florez

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 $g^2(0)$ 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.

•Apr 4, 2016•0 citations

Flutuações de campos eletromagnéticos interagindo com meios atômicos coerentemente preparados

Luciano Soares da Cruz

Neste trabalho estudamos, experimental e teoricamente, as flutuações de campos eletromagnéticos após a interação com sistemas atómicos em configuração de dois níveis com degenerescências. Estes sistemas atómicos eram preparados em superposições coerentes de seus estados obtidas através dos fenômenos de Transparência e Absorção Eletromagneticamente Induzidas. O sistema físico foi considerado em dois modelos teóricos semiclássicos distintos: resposta atómica linear e difusão de fase. Estes modelos se baseiam no fato de que lasers de díodo possuem excesso de ruído na fase, que durante o processo de interação coerente com o sistema atómico é transferido ressonantemente para o ruído de intensidade. Em nossa análise, observamos resultados não triviais em relação aos sinais de ruído e correlação entre os campos medidos. Verificamos que, num vapor atómico, a largura Doppler associada à transição tem um papel fundamental na composição elo sinal ele ruído. Observamos que mesmo transições que, a priori, estariam não ressonante podem ter contribuição significativa para o sinal ele ruído. Os modelos teóricos desenvolvidos apresentaram um bom acordo qualitativo com parte dos dados experimentais e se mostraram uma ferramenta útil para a análise da influência dos efeitos coerentes nas flutuações elos campos, quando o laser possui excesso de ruído ele fase.

•Jul 28, 2005•0 citations

Dynamical processes in electromagnetic induced transparency systems

Klara Theophilo

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.

•Jun 29, 2015•0 citations

Noise correlation espectroscopy of eletromagnetically induced transparency in cold atoms

H. M. Florez

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.

•Feb 27, 2012•0 citations
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.
Neste trabalho estudamos, experimental e teoricamente, as flutuações de campos eletromagnéticos após a interação com sistemas atómicos em configuração de dois níveis com degenerescências. Estes sistemas atómicos eram preparados em superposições coerentes de seus estados obtidas através dos fenômenos de Transparência e Absorção Eletromagneticamente Induzidas. O sistema físico foi considerado em dois modelos teóricos semiclássicos distintos: resposta atómica linear e difusão de fase. Estes modelos se baseiam no fato de que lasers de díodo possuem excesso de ruído na fase, que durante o processo de interação coerente com o sistema atómico é transferido ressonantemente para o ruído de intensidade. Em nossa análise, observamos resultados não triviais em relação aos sinais de ruído e correlação entre os campos medidos. Verificamos que, num vapor atómico, a largura Doppler associada à transição tem um papel fundamental na composição elo sinal ele ruído. Observamos que mesmo transições que, a priori, estariam não ressonante podem ter contribuição significativa para o sinal ele ruído. Os modelos teóricos desenvolvidos apresentaram um bom acordo qualitativo com parte dos dados experimentais e se mostraram uma ferramenta útil para a análise da influência dos efeitos coerentes nas flutuações elos campos, quando o laser possui excesso de ruído ele fase.
A Transparência Eletromagneticamente Induzida tem sido muito usada atualmente para implementação de memórias quânticas. Neste trabalho, estudamos este fenômeno, experimental e teoricamente, utilizando um sistema de dois níveis com degenerescências como modelo para o átomo. Tratamos o campo eletromagnético como quantizado e propomos um modelo linearizado para as flutuações que leva em consideração as forças quânticas de Langevin. Devido ao excesso de ruído de fase presente em nosso laser, a implementeção numérica do modelo levou em consideração apenas a autocorrelação de fase como fonte para o sinal de ruído observado. Este modelo mostrou um bom acordo qualitativo com os dados experimentais observados. Fizemos medidas de ruído de soma e subtração com o esquema de deteção balanceada, calculamos os coeficientes de correlação normalizado e mostramos que há regiões de correlação e anticorrelação que variam com a intensidade do feixe. Observamos também uma inversão de picos no sinal de soma não prevista pelo modelo à medida que diminuimos a intensidade. Esta inversão pode ser causada por contribuições das flutuações de amplitude do laser a baixas intensidades.
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)g^2(0)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 estudamos, experimental e teoricamente, as flutuações de campos eletromagnéticos após a interação com sistemas atómicos em configuração de dois níveis com degenerescências. Estes sistemas atómicos eram preparados em superposições coerentes de seus estados obtidas através dos fenômenos de Transparência e Absorção Eletromagneticamente Induzidas. O sistema físico foi considerado em dois modelos teóricos semiclássicos distintos: resposta atómica linear e difusão de fase. Estes modelos se baseiam no fato de que lasers de díodo possuem excesso de ruído na fase, que durante o processo de interação coerente com o sistema atómico é transferido ressonantemente para o ruído de intensidade. Em nossa análise, observamos resultados não triviais em relação aos sinais de ruído e correlação entre os campos medidos. Verificamos que, num vapor atómico, a largura Doppler associada à transição tem um papel fundamental na composição elo sinal ele ruído. Observamos que mesmo transições que, a priori, estariam não ressonante podem ter contribuição significativa para o sinal ele ruído. Os modelos teóricos desenvolvidos apresentaram um bom acordo qualitativo com parte dos dados experimentais e se mostraram uma ferramenta útil para a análise da influência dos efeitos coerentes nas flutuações elos campos, quando o laser possui excesso de ruído ele fase.
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.
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.