Armazenamento de luz em átomos de Césio frios e térmicos via os fenômenos de oscilação coerente de população e ressonância induzida por recuo

Abstract

Nesta tese, demonstramos experimentalmente o armazenamento de informação óptica usando os graus de liberdade internos e externos dos átomos de césio via fenômeno de CPO (Oscilação Coerente de População) e RIR (Ressonância Induzida por Recuo). Para isto investigamos teoricamente a dinâmica de população induzida por dois campos ópticos (prova e acoplamento) em um sistema de dois e três níveis (tipo Λ) a fim de determinarmos as condições experimentais que levam a uma ressonância subnatural associada com o fenômeno de CPO. Verificamos teoricamente e experimentalmente a coexistência dos fenômenos de CPO e de EIT (Transparência Eletromagneticamente Induzida) em um sistema Λ degenerado, onde as ressonâncias associadas podem ser distinguidas espectralmente pela introdução de um campo magnético constante. Através da modulação temporal dos campos ópticos na condição de ressonância de CPO, verificamos a possibilidade de armazenar e recuperar informação óptica, obtendo assim uma memória óptica via CPO. Realizamos um estudo comparativo entre as memórias baseadas no CPO e EIT nas mesmas condições experimentais, tanto em um vapor atômico a temperatura ambiente quanto em átomos frios obtidos em uma MOT (Armadilha Magneto-Óptica), que demonstrou a insensibilidade das memórias baseadas em CPO à inomogeneidades do campo magnético longitudinal. Em átomos frios, utilizamos uma configuração de FWM (Mistura de Quatro Ondas) resolvida temporalmente para armazenar MAO da luz (Momento Angular Orbital) em uma memória baseada no CPO, no qual também foi possível realizar operações lógicas envolvendo MAO. O fenômeno RIR, relacionado com o acoplamento de modos do campo eletromagnético com os graus de liberdade externos do átomo, também foi explorado nesta tese. Investigamos teoricamente este fenômeno a partir de um sistema de três níveis associado ao produto tensorial dos estados internos e externos de momento do átomo. Calculamos que o espectro de transmissão de um feixe de prova apresenta uma ressonância subnatural, de forma dispersiva com regiões de ganho e absorção, e cuja largura está relacionada com a temperatura do meio atômico. Finalmente, demonstramos o armazenamento de luz via RIR na ausência de campos magnéticos espúrios usando um sistema de dois níveis puro associado com os estados internos do átomo. Diferentemente das memórias baseadas em EIT, esta nova memória apresenta a interessante propriedade de ser insensível à intensidade do campo de leitura. Desta forma, a informação armazenada pode ser acessada inúmeras vezes durante o tempo de vida desta memória, que é limitada apenas pelo movimento atômico.