This thesis explores the theoretical foundations of cross-phase modulation (XPM) between optical fields in the N-configuration atom. This is the process by which the refractive index experienced by one field can be modulated by controlling the intensity of another. The electro-optical version of this effect was first discovered by John Kerr in 1875 and found applications in photonics as a means of very rapidly modulating the phase and intensity of electromagnetic fields. Due to recent advances in experimental techniques there has been growing interest in generating nonlinear optical interactions in coherently prepared atomic ensembles. The use of coherently prepared media brings the possibility of achieving a much larger cross-phase modulation than is possible using classical materials. This is particularly useful when trying to create large optical nonlinearities between low-intensity electromagnetic fields. Much of the current research into cross-phase modulation is directed towards realising potential applications in the emerging field of quantum information processing. Above all, the possibility of constructing an all-optical quantum computer has been at the heart of much research and controversy in the field. In this thesis the theory of steady-state, transient and pulsed cross-phase modulation is developed. Moreover, care has been taken to relate all research back to experimentally feasible situations. As such, the relevance of the theory is justified by consideration of the situation present in rubidium-87. Due to the close relationship between XPM in the N-configuration atom and electromagnetically induced transparency in the Lambda-atom, many similarities and insights act as link between these two fields. Indeed, it is frequently demonstrated that the key to understanding the various properties of XPM in the N-configuration atom is by comparison with the situation in the corresponding Lambda-atom equivalent.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Nesta dissertaÃÃo foi estudada a aplicaÃÃo do filtro AcÃstico-Ãptico SintonizÃvel (AOTF), com a ModulaÃÃo de Pulsos por PosiÃÃo (PPM), objetivando implementar, utilizando o mÃtodo de Runge-Kutta de 4a ordem, portas lÃgicas (OR-OU e AND-E) Ãpticas operando com pulsos de luz ultracurtos (2ps). Neste trabalho à investigado o desempenho das portas considerando vÃrios comprimentos do filtro ( L) que integra a sua estrutura interna, com o intuito de obter o comprimento de filtro mais adequado para uma operaÃÃo satisfatÃria, em regime dispersivo, nÃo linear, sem perdas e com modulaÃÃo de fase cruzada (XPM). Esta investigaÃÃo à realizada em duas situaÃÃes: primeiramente, sÃo considerados filtros com automodulaÃÃo de fase (SPM) e GVD (dispersÃo da velocidade de grupo). Em um segundo momento, as mesmas portas sÃo obtidas com efeitos SPM, XPM e GVD agindo juntos no AOTF. Foi observado que para pulsos do tipo sÃliton, os efeitos da dispersÃo, da nÃo linearidade e da modulaÃÃo de fase cruzada exercem juntos uma forte influÃncia na propagaÃÃo do mesmo, provocando a quebra do pulso na saÃda do dispositivo quando utilizamos um comprimento maior para os filtros. Para dispositivos mais curtos, o pulso chaveado apresentou compressÃes e alargamentos temporais e espectrais, bem comodeslocamentos temporais nos dois modo de propagaÃÃo (TE e TM). ApÃs a escolha de um comprimento de filtro adequado, foi selecionado um deslocamento temporal Ãtimo a ser aplicado nos pulsos de entrada para conseguirmos, na saÃda da porta lÃgica, deslocamentos temporais satisfatÃrios (acertos) na aplicaÃÃo da modulaÃÃo PPM. Em seguida, introduzimos fases em um dos pulsos de entrada (TM), provocando um defasamento entre os pulsos TE e TM, reduzindo ainda mais a margem de erro PPM de operaÃÃo das portas. Finalmente, ao analisarmos as fases aplicadas no pulso TM (0 a 2), definirmos o melhor Ãngulo de fase para que as portas operem na regiÃo de acerto da modulaÃÃo PPM. / In this dissertation it was studied the application of the Acoustic Optical Tunable Filter (AOTF), with Pulse Position Modulation (PPM), aiming at to implement, using the method of Runge-Kutta of 4a order, logical gates (OR and AND) optical operating with pulses of light ultra shorts (2ps). In this work the acting of the gates is investigated, considering several lengths of the filter (  L) that integrates your internal structure, with the intention of obtaining the length of more appropriate filter for a satisfactory operation, in dispersion regime, nonlinear, without losses and with Cross Phase Modulation (XPM). This investigation is accomplished in two situations: firstly, filters are considered with Self Phase Modulation (SPM) and GVD (group-velocity dispersion). In a second moment, the same gates are obtained with effects SPM, XPM and GVD, acting together in AOTF. It was observed that for pulses of the type soliton, the effects of the dispersion, of the nonlinearity and of the cross phase modulation exercise together a strong influences in the propagation of the same, provoking the break of the pulse in the exit of the device when we used a larger length for the filters. For shorter devices, the switched pulse presented temporary and spectral compression and spread, as well as, displacement in the time in the two propagation modes (TE and TM). After the choice of a length of appropriate filter, a great temporary displacement was selected to be applied in the input pulses for us to get, in the exit of the logical gate, satisfactory temporary displacements (successes) in the application of the PPM modulation. Soon after, we introduced phases in one of the entrance pulses (TM), provoking a phase displacement among TE and TM pulses, still reducing more the margin of error PPM of operation of the gates. Finally, to the we analyze the applied phases in the pulse TM (0 to 2), we defined the best phase angle for the gates to operate in the success area of the PPM modulation.

[pt] Neste trabalho é apresentado um estudo sobre a determinação matemática dos valores da dispersão cromática total, do zero de dispersão distribuído e efeitos não lineares em fibras ópticas de dispersão deslocada (DS). Uma metodologia para caracterização das dispersões cromáticas e para os zeros de dispersão local das fibras estudadas é elaborada com a utilização do modelo de fibra degrau equivalente e de aproximações entre as fibras ópticas dos enlaces trabalhados. A relação entre o diâmetro do campo modal e o zero de dispersão cromática distribuído segundo A. Rossaro [6] é discutida e comprovada através da realização de uma série de medidas práticas para a determinação dos efeitos não lineares das fibras de dispersão deslocada dos enlaces da Petrobrás. O objetivo deste trabalho é analisar estes efeitos prejudiciais a transmissão de sinais ópticos de alta velocidade apresentados nos cabos submarinos da Petrobrás entre o Porto de Imbetiba e as plataformas de Pargo I e Pampo I na Bacia de Campos, analisando os resultados obtidos e caracterizando as possibilidades de upgrade destes enlaces. / [en] This work presents a study on the mathematical determination of the total chromatic dispersion, zero dispersion wavelength and nonlinear optical effects in dispersion shifted (DS) fiber optic system. A methodology to determine the chromatic dispersion and zero dispersion wavelength is proposed using the equivalent step index model and the similarity of the total chromatic dispersion measured in fibers of the links under study. The relationship between the mode field diameter and the zero dispersion wavelength according to A. Rossaro [6] is discussed and proven with a series of practical measurements for the determination of the nonlinear effects of the dispersion shifted optical fibers of Petrobras links Imbetiba - Pargo and Imbetiba - Pampo of the Campos Basin. / [es] En este trabajo se presenta un estudio sobre la determinación matemática de los valores de dispersión cromática total, del cero de dispersión distribuido y los efectos no lineales en fibras ópticas de dispersión desplazada (DS). Se elabora una metodología para la caracterización de las dispersiones cromáticas y para los ceros de dispersión local de las fibras estudiadas; utililizando el modelo de fibra escalón equivalente y de aproximaciones entre las fibras ópticas de los enlace. Se discute la relación entre el diámetro del campo modal y el cero de dispersión cromática distribuido según A. Rosaro [6] se comprueba a través de la realización de una serie de medidas prácticas para la determinación de los efectos no lineales de las fibras de dispersión desplazada de los enlaces de la Petrobrás. EL objetivo de este trabajo es analizar los efectos perjudiciales a la transmisión de señales ópticos de alta velocidad que se presentan en los cables submarinos de la Petrobrás entre el Puerto de Imbetiba y las plataformas de Pargo I y Pampo I en la Bacia de Campos, analizando los resultados obtenidos y caracterizando las posibilidades de upgrade de estos enlaces.