Mistura de quatro ondas em sistemas atômicos com luz incoerente

Abstract

Neste trabalho investigamos a resposta do processo de Mistura de Quatro Ondas (MQO), resolvida no tempo, para um sistema atômico, devido à excitação por dois fótons, provenientes de pares de pulsos de um laser incoerente. O sistema atômico, descrito por quatro níveis de energia, interage com feixes de freqüências centrais ω1, ω2 e ω3. O sinal gerado está associado a processos tais que ωsinal = ω1 + ω2 − ω3, quando os feixes de freqüências ω1 e ω2, responsáveis pela transição de dois fótons, apresentam um tempo de coerência (da ordem de alguns picossegundos) menor que a duração temporal do pulso. A resposta do sistema é calculada usando o formalismo da matriz densidade, na aproximação de onda girante e no regime perturbativo. Para a obtenção da intensidade do sinal gerado são realizadas médias estatísticas sobre os campos incoerentes e sua visualização é feita através de simulações numéricas. O sinal de MQO, em função do atraso temporal entre os pares de pulsos, apresenta efeitos de interferência associados ao sistema atômico. Para atrasos menores que o tempo de coerência, podemos observar oscilações cujo período é determinado pela freqüência central do laser, ω1. Para atrasos maiores que o tempo de coerência, obtemos oscilações associadas à transição de dois fótons, similares às franjas de Ramsey, mas no domínio temporal. Em ambos os casos a interferência é determinada pela fase relativa entre os diferentes caminhos quânticos induzidos pelos pares de pulsos. Também é possível observar um batimento associado à diferença de freqüência entre os diversos níveis excitados no processo de MQO. Em particular, simulamos o comportamento de um sistema físico real, o átomo de rubídio. Neste caso, os estados envolvidos na transição por dois fótons correspondem aos níveis de Rydberg 16d e 18s. A dependência do sinal gerado com os vetores de polarização dos campos incidentes mostra que os diferentes efeitos de interferência podem ser visualizados separadamente através da seleção dos caminhos que contribuem para o sinal