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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/49535

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Campo DCValorIdioma
dc.contributor.advisorVIANNA, Sandra Sampaio-
dc.contributor.authorALMEIDA, Alexandre Andrade Cavalcanti de-
dc.date.accessioned2023-03-30T14:27:51Z-
dc.date.available2023-03-30T14:27:51Z-
dc.date.issued2023-02-28-
dc.identifier.citationALMEIDA, Alexandre Andrade Cavalcanti de. Forward four-wave mixing experiments in hot and cold atomic systems. 2023. Tese (Doutorado em Física) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/49535-
dc.description.abstractIn this work, we present a set of experiments involving four-wave mixing processes in rubidium atoms. We employ several experimental configurations exploring two- and three-level systems in cascade or Λ configurations, all of which are in a copropagating geometry, to investigate different physical phenomena present in each scenario. In the first experiment, we combine a cw diode laser and a 1 GHz femtosecond pulse train to generate coherent blue light through the four-wave mixing process in hot rubidium vapor. The generated coherent signal is analyzed by scanning either the diode frequency or the repetition rate of the frequency comb. In both cases, the cw laser induces an Autler- Townes splitting with a wide separation in the doublet structure due to the configuration of copropagating fields. To model these results, we employ the density matrix formalism to write the Bloch equations and solve them numerically. The solutions allow us to explore other cases beyond those involving our experimental setup, comparing the response of the upper-level population and the generated signal coherence for homogeneously and non-homogeneously broadened systems. Moreover, in this same experiment, we also observed an unexpected interference effect between excitation routes of the four-wave mixing process when the repetition rate of the pulse train is scanned. The theoretical model demonstrates that the interfering effect appears only when the repetition rate is carefully chosen to produce a pair of modes of the frequency comb resonant with both one- and two-photon transitions for the same atomic velocity group. In the second experiment, still with a hot rubidium vapor, we explore two symmetrical degenerate four- wave mixing signals induced by two almost copropagating laser beams, with~ka and~kb wave-vectors, and detected simultaneously in the 2~ka −~kb and 2~kb −~ka directions. Each spectrum has a single peak with a short frequency separation between them, which our model indicates is due to the nonlinear behavior of the refractive indexes, a consequence of the high intensity of both input fields. Finally, we use the same experimental setup for the two symmetrical signals to study the field intensity fluctuations of the degenerate four-wave mixing signals and the transmission signals. In this case, the sample is an ensemble of cold rubidium atoms in a magneto-optical trap. There is an intensity- intensity cross-correlation between the signals due to the resonant phase-noise to amplitude-noise conversion. In this type of cold system, we can neglect the Doppler- broadening, allowing a straightforward study of the dependency of the correlations on the laser detuning. In these measurements, we observe a type of oscillation in the correlation curves that the theoretical model indicates to be connected with Rabi oscillations, revealed by the fluctuations long after the transient period.pt_BR
dc.description.sponsorshipCNPqpt_BR
dc.language.isoengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Pernambucopt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectÓpticapt_BR
dc.subjectMistura de quatro ondaspt_BR
dc.subjectÓtica não-linearpt_BR
dc.subjectEspectroscopia atômicapt_BR
dc.subjectVapor de rubídiopt_BR
dc.titleForward four-wave mixing experiments in hot and cold atomic systemspt_BR
dc.typedoctoralThesispt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9735475664918800pt_BR
dc.publisher.initialsUFPEpt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.degree.leveldoutoradopt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8135767926752598pt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pos Graduacao em Fisicapt_BR
dc.description.abstractxNeste trabalho, é apresentado um conjunto de experimentos envolvendo pro- cessos de mistura de quatro ondas em átomos de rubídio. Diversas configurações experimentais são utilizadas explorando sistema de dois e três níveis em configuração de cascata e Λ, todas numa geometria copropagante, procurando investigar fenômenos físicos presentes em cada cenário. No primeiro experimento, um laser de diodo contí- nuo e um trem de pulsos ultracurtos, de 1GHz, são combinados para gerar um sinal de luz azul coerente via processo de mistura de quatro ondas em um vapor quente de rubídio. O sinal coerente é analisado variando a frequência do laser de diodo ou a taxa de repetição do pente de frequências. Em ambos os casos, o laser contínuo induz um efeito Autler-Townes com uma larga separação na estrutura de dubleto devido à configuração copropagante dos campos. O formalismo da matriz densidade é utili- zado para modelar esses resultados, obtendo as equações de Bloch e as resolvendo numericamente. As soluções permitem explorar mais cenários que o experimento, com- parando a resposta da população do estado excitado e do sinal gerado coerentemente para sistemas alargados homogênea e inomogeneamente. Ademais, neste mesmo experimento, também se observa um efeito de interferência inesperado entre rotas de excitação do processo de mistura de quatro ondas quando a taxa de repetição do trem de pulsos é variada. O modelo teórico demonstra que este efeito de interferência ocorre apenas quando a taxa de repetição é escolhida cuidadosamente para produzir um par de modos do pente de frequência ressonante com ambas as transições de um e dois fótons para o mesmo grupo de velocidade. O segundo experimento, ainda utilizando vapor quente de rubídio, explora dois sinais simétricos de mistura de quatro ondas degenerada, induzidos por dois campos quase copropagantes com vetores de onda ~ka e~kb, e detectados simultaneamente nas direções 2~ka −~kb e 2~kb −~ka. Cada espectro apresenta um único pico com uma pequena separação em frequência entre eles. O modelo teórico indica que esta separação é causada pelo comportamento não linear do índice de refração devido ao fato dos dois feixes incidentes serem intensos. Finalmente, a mesma configuração experimental de geração de sinais simétricos é utilizada para estudar as flutuações de intensidade dos sinais de mistura de quatro ondas degenerada e dos sinais de transmissão. Nesse caso, a amostra é um conjunto de átomos frios de rubídio em uma armadilha magneto-ótica. Existe uma correlação cruzada entre as intensidades dos sinais, devido à conversão ressonante de ruído de fase em ruído de amplitude. Neste tipo de sistema frio, é possível descartar o alargamento Doppler, o que permite um estudo mais direto da relação entre a correlação e a dessintonia do laser. Nestas medidas, observa-se um tipo de oscilação nas curvas de correlação que o modelo teórico indica estar conectado com oscilações de Rabi, reveladas pelas flutuações de intensidade muito tempo após o período transiente.pt_BR
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