Espectroscopia não-linear e efeitos de velocidade em grades induzidas eletromagneticamente em átomos frios

Abstract

Estudamos processos não-lineares de mistura de quatro ondas (MQO) com conjugação de fase em átomos frios, obtidos numa armadilha magneto-óptica de césio. Os principais aspectos estudados foram três: uma técnica de velocimetria, análise de sinal de MQO em níveis vestidos de energia, usando o formalismo do átomo vestido, e MQO por espectroscopia coerente em sistemas que apresentam transparência eletromagneticamente induzida (EIT) e absorção eletromagneticamente induzida (EIA). A técnica de velocimetria desenvolvida foi baseada numa transferência de grade de população, e a velocidade atômica estimada é proporcional à taxa de decaimento da modulação espacial da grade, que medimos através de um feixe difratado. Na MQO nos átomos vestidos, tratamos um sistema degenerado de dois níveis com os campos fortes da armadilha acoplados ao mesmo, e consideramo-lo simplesmente como um sistema de dois níveis, vestido pelos campos de armadilhamento. Foram esses níveis vestidos os considerados para a realização da MQO. Encontramos uma excelente concordância dos resultados experimentais com o formalismo teórico. Finalmente, fizemos espectroscopia coerente em sistemas de dois níveis degenerados. Observamos sinais com ressonâncias estreitas, subnaturais, que de acordo com modelos que desenvolvemos, são resultados de decaimentos lentos nos estados fundamentais do sistema. No sistema que apresenta EIT, conseguimos reproduzir adequadamente os resultados experimentais, nas várias configurações de polarização dos feixes e varredura de freqûencias, a partir de modelos Lambda ou de dois níveis abertos. Mostramos que para ressonâncias estreitas, mesmo as baixas velocidades associadas às temperaturas da armadilha, são capazes de mostrar conseqüências espectrais, indicando a possibilidade de uma outra técnica de velocimetria. Olhando a MQO como uma difração numa grade de população ou coerência, concluímos que as larguras de linha subnaturais só existem quando um e somente um dos feixes que forma a grade é o feixe da varredura espectral. No sistema com EIA, mostramos ser impossível explicar os espectros de MQO, particularmente uma interferência destrutuiva observada, sem a inclusão da degenerescência Zeeman, sendo modelos Lambda ou de dois níveis, totalmente inapropriados