No presente trabalho, descrevemos a construção de um oscilador paramétrico ótico (OPO) com meio atômico de ganho de susceptibilidade X(3) , e a caracterização de seu limiar de oscilação. O processo base para a construção deste OPO é a Mistura de Quatro Ondas (4WM), que acontece em meios não lineares tipo X(3) , como é o caso dos isótopos de 85 Rb e 87 Rb. Realizou-se uma revisão da teoria atômica do rubídio, do 4WM e da teoria clássica do OPO. Obtivemos e caracterizamos o processo de 4WM em função de três parâmetros experimentais: a dessintonia do feixe de bombeio em relação ao pico do crossover da transição 5S 1/2 (F = 2)-> 5P 1/2 (F \' ) do 85 Rb na linha D 1 , da potência do bombeio e da temperatura da célula de rubídio. Encontrou-se uma ótima região de frequências em torno a Delta = 0.77GHz para a construção do OPO com os átomos de rubídio como meio não linear. Nesta região obteve-se uma amplificação máxima de 450% para o feixe de prova com absorção nula e uma intensidade do conjugado alta, para o feixe de prova com frequência Delta= w+ 3GHz (anti-Stokes). A elevada amplificação observada permite, em princípio, um limiar de oscilação menos abrupto: o surgimento de oscilação aparece de forma menos sensível a variações da potência de bombeio. Com efeito, para a dessintonia Delta = 0.38GHz o limiar é suave. A caracterização do 4WM e do limiar de oscilação do OPO é importante para a possível geração de estados não gaussianos. Um limiar suave permite, em princípio, operação e estudo muito próximo do limiar, região em que há previsões indicando a geração de estados não gaussianos que são relevantes para aplicações em informação quântica. / In the present work, we describe the construction of a optical parametric oscillator (OPO) with atomic gain medium with susceptibility X(3) and the caracterization of the oscilation threshold. The basic process for the construction of this OPO is the Four Wave Mixing (4WM), a process that takes place in nonlinear media type X (3) , as is the case of the isotopes of 85 Rb and 87 Rb. A review of the atomic theory of rubidium, 4WM and the classical theory of the OPO was carried out. The 4WM process was obtained and characterized as a function of three experimental parameters: the pump beam detunning with respect to the transition crossover peak 5S 1/2 (F = 2) ->5P 1/2 (F \' ) of 85 Rb D1 line, the pumping power and the temperature of the rubidium cell. A good region of frequencies around Delta= 0.77GHz was found for the construction of the OPO with the rubidium atoms as a non-linear medium. In this region, it was obtained a maximum amplification of 450% for the prove beam with zero absorption and a high intensity for the conjugate beam with frequency Delta= w+ 3GHz (anti-Stokes). The high observed amplification allows, in principle, an oscillation threshold less abrupt: the oscillation appears in a less sensitive way with variations in pumping power. In fact, for the detunning Delta= 0.38GHz the threshold is smooth. The characterization of the 4WM and oscillation threshold of the OPO is important for the possible generation of non-Gaussian states. A smooth threshold allows, in principle, operation and study very close to this region, where there is predictions indicating the generation of non-Gaussian states that are relevant for applications in quantum information.

Submitted by Biblioteca do Instituto de Física (bif@ndc.uff.br) on 2017-03-27T20:46:23Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação.pdf: 3142879 bytes, checksum: 86acc16510c6eb3acd7d645922238d47 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-27T20:46:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertação.pdf: 3142879 bytes, checksum: 86acc16510c6eb3acd7d645922238d47 (MD5) / Trabalhos anteriores já mostraram o dobramento do momento angular orbital de feixes após a geração de segundo harmônico em meios não lineares. Nesse trabalho pretendemos usar a polarização como parâmetro auxiliar para poder incidir em um cristal não linear dois feixes colineares com momentos angulares orbitais diferentes e obter na geração de seu segundo harmônico a soma de seus momentos angulares orbitais e veri car este resultado experimentalmente. / Previous work have already shown the orbital angular momentum doubling after second harmonic generation in non-linear media. In this work we intend to use the polarization as an auxiliary parameter to focus in a non-linear crystal two colinear beams with different orbital angular momentum and obtain in its second harmonic generation the sum of their orbital angular momentum and to verify it exeperimentally.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5145.pdf: 3696466 bytes, checksum: a50814528dfffc17767d4ca059a77ac6 (MD5) Previous issue date: 2013-03-27 / Universidade Federal de Minas Gerais / We investigate in this thesis the control of absorptive optical bistability in a standing wave optical cavity filled with a collection of two and three-level noninteracting atoms weakly coupled to a single electromagnetic mode of a optical resonator. The observed control for the three-level configuration happens under cavity coherent population trapping conditions, it is sensitive to the induced atomic coherence in the system and it can be manipulated through different parameters. We propose some applications presenting a new effect, named by ourselves as complementary optical bistability. It is very interesting to exploit bistability phenomenon to perform bistable cascade devices, such as an optical transistor. We also study the all-optical control of the quantum fuctuations of a beam via a combination of single-atom cavity quantum electrodynamics (CQED) and electromagnetically induced transparency (EIT). Specifically, the EIT control field is used to tune the CQED transition frequencies in and out of resonance with the probe light. In this way, single-photon and two-photon blockade and anti-blockade effects are employed to produce sub-Poissonian and super-Poissonian light fields, respectively. The achievable quantum control paves the way towards the realization of a prototype of a quantum transistor which amplifies or attenuates the noise. Its feasibility is demonstrated by calculations using realistic parameters from recent experiments. / Nesta tese estudamos o controle da biestabilidade óptica absortiva em uma cavidade linear contendo uma coleção de átomos de dois e três níveis não interagentes fracamente acoplados a um único modo do campo. Mostramos que o controle para a configuração atômica de três níveis ocorre apenas nas condições de aprisionamento coerente de população e que o mesmo é sensível à coerência atômica induzida no sistema podendo ser manipulado através de diferentes parâmetros. Propomos algumas aplicações apresentando um efeito novo, o qual denominamos de biestabilidade óptica complementar, muito interessante para explorar dispositivos ópticos biestáveis com funções de cascatabilidade, como um transistor óptico. Estudamos também o controle óptico das flutuações do campo de prova pela combinação do fenômeno de transparência eletromagneticamente induzida para um único átomo no regime de acoplamento forte em eletrodinâmica quântica de cavidades. Especificamente, o campo de controle é utilizado para ajustar as frequências de transição dos estados vestidos ressonantemente ou quase ressonantemente com o campo de prova do sistema. Desta forma, efeitos de bloqueio de um e dois fótons e anti-bloqueio são observados produzindo campos sub- e super-Poissonianos, respectivamente. O controle quântico obtido pode ser promissor para a realização de um protótipo de um transistor quântico que amplifica e atenua flutuações quânticas do campo transmitido pelo sistema. A viabilidade desse dispositivo é demonstrada através de cálculos utilizando parâmetros de experimentos recentes.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5792.pdf: 2150785 bytes, checksum: 967083b129be653705657afbcab00714 (MD5) Previous issue date: 2014-02-27 / Universidade Federal de Sao Carlos / This thesis consists of three studies in the context of cavity quantum electrodynam- ics. Firstly, we investigate the quantum-to-classical transition of a dissipative cavity .eld by measuring the correlations between two non-interacting atoms coupled to the cavity mode. We note that there is a time window in which the mode presents a classical be- havior, which depends on the cavity decay rate, the atom-.eld coupling strength and the number of atoms. Then, considering the steady state of two atoms inside the cavity, we note that the entanglement between the atoms disappears while the intracavity mean number of photons (ñ) increases. However, the mutual information, the classical corre- lations and the quantum discord reach asymptotic non-zero values even in the limit of (continue...) / Esta tese é constituída por três estudos no contexto de Eletrodinâmica Quântica de Cavidades. Primeiramente, investigamos a transição quântico-clássica de um campo de uma cavidade dissipativa através da geração de correlação entre dois átomos de dois níveis não interagentes acoplados a um modo da cavidade. Em primeiro lugar, mostramos que há uma janela de tempo na qual o modo da cavidade exibe um comportamento clássico, que depende da taxa de decaimento da cavidade, do acoplamento átomo-campo e do número de átomos. Em seguida, considerando o regime estacionário, vemos que o emaranhamento entre os átomos desaparece à medida que o número médio de fótons intracavidade (ñ) é aumentado. Entretanto, a informação mútua, as correlações clássicas e a discórdia quântica atingem valores assintóticos não nulos mesmo no limite (continua...)