Defesa de Tese de Doutorado

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Defesa de Tese de Doutorado de Marco Polo Moreno de Souza.

Título: Excitação coerente de um vapor atômico por trens de pulsos ultracurtos e lasers contínuos.

Departamento de Física, Universidade Federal de Pernambuco, 27 de junho de 2012

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Defesa de Tese de Doutorado

  1. 1. Excitação coerente de um vapor atômico por trens de pulsos ultracurtos e lasers contínuos Marco Polo Moreno de Souza Defesa de Tese de Doutorado Orientadora: Sandra Sampaio Vianna 27 de junho de 2012
  2. 2. IntroduçãoRegime de acumulação coerente Domínio da frequência
  3. 3. Roteiro Domínio do tempo Um experimentoEquações de Bloch CPT (teórico) Domínio da frequência Dois experimentosFundamentos da interação coerente entre lasers e sistemas atômicosA impressão do pente de frequências na distribuição atômica de velocidadesAbordagem no domínio da frequênciaAprisionamento coerente de populaçãoExperimento 1: Bombeamento óptico entre níveis hiperfinosExperimento 2: Transição de dois fótons em cascata
  4. 4. O trem de pulsos ultracurtos Envoltórias idênticas. Intervalo entre os pulsos constante. Relação de fase bem definida.
  5. 5. O pente de frequências ópticas N
  6. 6. Interação entre lasers e sistemas atômicos
  7. 7. Interação entre lasers e sistemas atômicos Evolução da matriz densidade: Equações de Bloch: (Regime estacionário) (Frequência de Rabi) 12 1ˆ 2 Caso particular: laser contínuo (cw):
  8. 8. Interação entre lasers e sistemas atômicosInteração com o trem de pulsos: Domínio do tempo (grupo de átomos parado): Método numérico no domínio do tempo (código em C++): f R 100 MHz 22 m /2 5 MHz 100 22
  9. 9. Impressão do pente defrequências na distribuição atômica de velocidades
  10. 10. Impressão do pente de frequências na distribuição atômica de velocidadesPara átomos de rubídio comv ~ 300 m/s, temos ~ 500MHz de alargamento.
  11. 11. Impressão do pente de frequências na distribuição atômica de velocidadesExperimento: Laser de Laser de Ti:safira diodo fR 76 MHz Tp ~ 150 fs
  12. 12. Abordagem no domínio da frequência
  13. 13. Abordagem no domínio da frequênciaEquivalência entre os tratamentos no domínio do tempo e nodomínio da frequência. A. Yariv. Quantum Electronics (John Wiley-Sons, New York, 1989):
  14. 14. Abordagem no domínio da frequênciaEquações de Bloch: Expansão perturbativa em série de potências dos campos: (Frequência de Rabi do modo m)
  15. 15. Abordagem no domínio da frequência f R 100 MHz 22 /2 5 MHz m 22 /100
  16. 16. Abordagem no domínio da frequênciaFora do regime de acumulação coerente: fR 5 MHz 22 /2 5 MHz m 22 /100
  17. 17. Abordagem no domínio da frequênciaRegime de campos intensos:
  18. 18. Aprisionamento coerente de população
  19. 19. Aprisionamento coerente de população M. Fleischhauer, Rev. Mod. Phys., Vol. 77, No. 2, (2005)
  20. 20. Aprisionamento coerente de populaçãoResultados numéricos – evolução temporal: 31 /2 4 106 21 /2 70 f R fR 50 ( / 2 ) 12 0 /2 2 MHz
  21. 21. Aprisionamento coerente de populaçãoResultados numéricos – regime estacionário:
  22. 22. Aprisionamento coerente de populaçãoTratamento analítico no domínio da frequência:
  23. 23. Aprisionamento coerente de população (Ignorar transições de quatro ou mais modos) 21 /2 70 f R 12 0 31 /2 4 106 fR 50 ( / 2 )
  24. 24. Aprisionamento coerente de população Ressonâncias deVapor atômico um fóton sempre estão presentes f R do trem de pulsos fixa, na condição de CPTLaser de prova cw sonda o estado fundamental Resultados numéricos
  25. 25. Experimento 1
  26. 26. Experimento 1: bombeamento óptico entre níveis hiperfinosLaser de Laser deTi:safira diodo f R ~ 1 GHz Duas técnicas: 1 – Espectroscopia seletiva em velocidades 2 – Espectroscopia com a taxa de repetição
  27. 27. Experimento 1: bombeamento óptico entre níveis hiperfinosLaser de Ti:safira: gerador do trem de pulsos ultracurtos.
  28. 28. Experimento 1: bombeamento óptico entre níveis hiperfinosArranjo experimental:
  29. 29. Experimento 1: bombeamento óptico entre níveis hiperfinos
  30. 30. Experimento 1: bombeamento óptico entre níveis hiperfinos Resultados: cw 0,36 m 0,16(F 3 F 3)
  31. 31. Experimento 1: bombeamento óptico entre níveis hiperfinosTratamento no domínio da frequência:Aproximações:1 - Um único modo para cada transição atômica.2 - A intensidade do laser de diodo é fraca: 11 T (Transmissão)Solução das equações de Bloch para 11no regime estacionário:
  32. 32. Experimento 1: bombeamento óptico entre níveis hiperfinosComparação: experimento e teoria:
  33. 33. Experimento 1: bombeamento óptico entre níveis hiperfinos Espectroscopia com a taxa de repetição:
  34. 34. Experimento 1: bombeamento óptico entre níveis hiperfinos
  35. 35. Experimento 2
  36. 36. Experimento 2: Transição de dois fótons em cascata
  37. 37. Experimento 2: Transição de dois fótons em cascata
  38. 38. Experimento 2: Transição de dois fótons em cascataTeoria:1 – Equações de Bloch no regime estacionário.2 – 1 modo m do pente + modo cw do diodo.Método - Algoritmo escrito no Maple:
  39. 39. Experimento 2: Transição de dois fótons em cascata
  40. 40. Experimento 2: Transição de dois fótons em cascata Comparação Teoria vs. Experimento:
  41. 41. Experimento 2: Transição de dois fótons em cascataEstimamos a frequência de off-set do laser de Ti:safira:Ressonância de dois fótons:Ressonância do grupo de átomoscom o laser de diodo:
  42. 42. Experimento 2: Transição de dois fótons em cascataInfluência do bombeio óptico do laser de diodo:
  43. 43. ConclusõesInteração átomos-laserDomínios do tempo e da frequênciaCPT com trem de pulsosEspectroscopia seletiva em velocidadesEspectroscopia com a taxa de repetiçãoOff-set a partir de uma transição de dois fótons

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