Acoplamento de dois feixes com lasers de femtossegundos em vapor de Rb

Abstract

Lasers de femtosegundos operando no regime de travamento de modos têm sua taxa de repetição determinada pelo tempo de ciclo do pulso na cavidade laser (TR = 2L/c). A taxa de repetição de lasers de Ti:safira é tipicamente da ordem de 100 MHz, com TR  10 ns. Com isto TR pode ser menor que os tempos de relaxação da população (T1) e coerência (T2) em meios atômicos, que podem ser da ordem de várias dezenas de nanosegundos, no Rb, por exemplo. O resultado é que a interação de um pulso com o meio atômico ocorre antes que a modificação produzida no sistema pelo pulso anterior tenha decaído completamente, o que produz efeitos interessantes. Neste trabalho, serão apresentados resultados teóricos e experimentais do acoplamento de dois feixes (two-beam coupling) em vapor de Rb, onde são estudadas modificações do sinal detectado na direção do feixe de sonda, após o acoplamento deste com o feixe de bombeio. O experimento é realizado em uma célula contendo átomos de Rb em densidades que variam entre 1012 a 1014 átomos/cm3. No nosso experimento focamos duas transições distintas: 5S 5P1/2 e 5S 5P3/2 5D, onde a primeira corresponde a uma transição de um fóton e a segunda envolve uma transição de dois fótons. No estudo da transição 5S 5P3/2 5D, o efeito de acumulação da população em um sistema de três níveis produz batimentos de 2,11 THz nos sinais de experimentos de fluorescência e two-beam coupling e que são observados em nossos resultados experimentais; além dos efeitos de propagação linear que produzem oscilações do sinal na escala de picosegundos. Também estudamos a transição 5S 5P1/2, que é mais simples de analisar, pois os batimentos em 2,11 THz não estão presentes. Simulações numéricas foram realizadas baseadas em uma teoria de perturbação de terceira ordem para o sistema de dois níveis, levando em conta os efeitos de propagação linear dos pulsos até a região de interação dos dois feixes, mas sem considerar a acumulação. Através desta teoria é possível explicar e compreender melhor algumas das características essenciais presentes nos resultados experimentais