Made available in DSpace on 2014-06-12T18:06:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7760_1.pdf: 4418329 bytes, checksum: 623aea6599996c3b5580f3ca548f892b (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A região de comprimento de onda do espectro eletromagnético usado nas telecomunicações ópticas são definidas pela International Telecommunications Union (ITU) como, banda C (Conventional Band, 1530-1565 nm), banda L (Long Wavelength Band, 1565- 1625 nm), banda S (Short Wavelength Band, 1450-1530 nm), e bandas mais distantes de ambos os lados da banda C. Atualmente, a única banda utilizada comercialmente para telecomunicações ópticas e a banda C. O constante crescimento de tráfico de dados, voz e internet requerem soluções para expansão da capacidade de transmissão. Expansão para bandas de comprimentos de onda curtos e longos é opção promissora. Para estas bandas, componentes passivos e ativos tem sido desenvolvidos, em particular amplificadores ópticos. O amplificador a fibra dopada com Érbio, usado na banda C, pode também amplificar sinais na banda L. Para a banda S, novos tipos de amplificadores são necessários. Os amplificadores candidatos para a banda S são o amplificador Raman, amplificador a fibra dopada com Túlio e amplificador paramétrico a fibra óptica (FOPA). O FOPA, além de amplificar sinais, ele é conversor de comprimento de onda. Amplificadores híbridos, combinando amplificadores individuais em série ou paralelo, tem sido explorados nos recentes anos para expandir a banda de ganho. Neste trabalho, apresentamos o estudo de um novo tipo de amplificador e conversor de coprimento de onda híbrido, acoplando em série os módulos individuais do TDFA e FOPA. Inicialmente, os módulos individuais dos TDFA e FOPA são construídos e os seus desempenho caracterizado. Após, a configuração híbrida é construída, e seu desempenho investigado. Amplificação em toda a banda S é observada, bem como conversão de comprimento de onda da banda S para as bandas C e L. A figura de ruído para a banda S é dominada pela contribuição do TDFA. Para este híbrido em particular, conversão de comprimento de onda das bandas C e L para a banda S não é possível, pois o TDFA não fornece ganho nesta região do espectro

Neste trabalho apresentamos resultados experimentais e teóricos do ruído de intensidade e de fase, e das correspondentes correlações, entre os campos de bombeio e sonda na transparência induzida eletromagneticamente. Experimentalmente, nessa condição, medimos excesso de ruído de intensidade em ambos feixes e correlação e anti-correlação de ruído de intensidade, mostrando claramente que elas dependem tanto da intensidade dos feixes, quanto da frequência de análise em que as medidas são realizadas. Utilizando uma varredura local do feixe sonda, observamos estruturas no espectro de ruído dos campos na transparência induzida e, a partir do ruído da soma e da diferença das intensidades dos feixes, vimos que nessa região há zonas com correlação e anti-correlação de intensidade, intercaladas. Estas estruturas dependem, novamente, da intensidade dos feixes e da frequência de análise. Ainda no campo experimental, com relação ao ruído de fase, medimos excesso de ruído nos nossos feixes e, pela primeira vez, medimos uma correlação desse ruído entre os feixes na condição de transparência induzida. Teoricamente, aprofundamos análises realizadas com um modelo em que átomos e campos são tratados quanticamente e, dadas as limitações constatadas, desenvolvemos um novo modelo semi-clássico. As novas previsões obtidas com esse modelo, em que os campos possuem fases difusivas, mostram um bom acordo qualitativo com os resultados experimentais. O excesso de ruído de intensidade dos feixes, observado na transparência induzida, se deve ao excesso de ruído de fase dos lasers, que é transferido ressonantemente pelos átomos para o ruído de intensidade. / In this work we present experimental and theoretical results of intensity and phase noise, and of the correspondent correlations, between pump and probe fields in electromagnetically induced transparency. Experimentally, in this condition, we measure intensity excess-noise in both beams as well as intensity correlations and anti-correlations, clearly showing that both are dependent on the fields intensities and on the analysis frequency. We also observed structures in the noise spectra of the fields in the induced transparency and that, in a single spectrum, there are zones with correlation and anti-correlation of intensity, interchanged. These structures are dependent, again, on the fields intensities and on the analysis frequency. We also measured excess phase noise in our beams and, for the first time, we measured a phase noise correlation between the beams in the condition of induced transparency. Theoretically, we further developed an analysis with a model in which the atoms and the fields are treated quantum-mechanically. Owing to limitations detected in the application of this model to our experimental situation, we developed a new semi-classical model, in which the fields present phase diffusion. The new predictions obtained show a good qualitative agreement with the experimental result features. The excess noise of intensity of the beams, in the electromagnetically induced transparency, is a result of the resonant transfer of the diode lasers excess phase noise into intensity noise by interaction with the atoms.

Neste trabalho apresentamos resultados experimentais e teóricos do ruído de intensidade e de fase, e das correspondentes correlações, entre os campos de bombeio e sonda na transparência induzida eletromagneticamente. Experimentalmente, nessa condição, medimos excesso de ruído de intensidade em ambos feixes e correlação e anti-correlação de ruído de intensidade, mostrando claramente que elas dependem tanto da intensidade dos feixes, quanto da frequência de análise em que as medidas são realizadas. Utilizando uma varredura local do feixe sonda, observamos estruturas no espectro de ruído dos campos na transparência induzida e, a partir do ruído da soma e da diferença das intensidades dos feixes, vimos que nessa região há zonas com correlação e anti-correlação de intensidade, intercaladas. Estas estruturas dependem, novamente, da intensidade dos feixes e da frequência de análise. Ainda no campo experimental, com relação ao ruído de fase, medimos excesso de ruído nos nossos feixes e, pela primeira vez, medimos uma correlação desse ruído entre os feixes na condição de transparência induzida. Teoricamente, aprofundamos análises realizadas com um modelo em que átomos e campos são tratados quanticamente e, dadas as limitações constatadas, desenvolvemos um novo modelo semi-clássico. As novas previsões obtidas com esse modelo, em que os campos possuem fases difusivas, mostram um bom acordo qualitativo com os resultados experimentais. O excesso de ruído de intensidade dos feixes, observado na transparência induzida, se deve ao excesso de ruído de fase dos lasers, que é transferido ressonantemente pelos átomos para o ruído de intensidade. / In this work we present experimental and theoretical results of intensity and phase noise, and of the correspondent correlations, between pump and probe fields in electromagnetically induced transparency. Experimentally, in this condition, we measure intensity excess-noise in both beams as well as intensity correlations and anti-correlations, clearly showing that both are dependent on the fields intensities and on the analysis frequency. We also observed structures in the noise spectra of the fields in the induced transparency and that, in a single spectrum, there are zones with correlation and anti-correlation of intensity, interchanged. These structures are dependent, again, on the fields intensities and on the analysis frequency. We also measured excess phase noise in our beams and, for the first time, we measured a phase noise correlation between the beams in the condition of induced transparency. Theoretically, we further developed an analysis with a model in which the atoms and the fields are treated quantum-mechanically. Owing to limitations detected in the application of this model to our experimental situation, we developed a new semi-classical model, in which the fields present phase diffusion. The new predictions obtained show a good qualitative agreement with the experimental result features. The excess noise of intensity of the beams, in the electromagnetically induced transparency, is a result of the resonant transfer of the diode lasers excess phase noise into intensity noise by interaction with the atoms.

Neste trabalho estudamos, experimental e teoricamente, as flutuações de campos eletromagnéticos após a interação com sistemas atómicos em configuração de dois níveis com degenerescências. Estes sistemas atómicos eram preparados em superposições coerentes de seus estados obtidas através dos fenômenos de Transparência e Absorção Eletromagneticamente Induzidas. O sistema físico foi considerado em dois modelos teóricos semiclássicos distintos: resposta atómica linear e difusão de fase. Estes modelos se baseiam no fato de que lasers de díodo possuem excesso de ruído na fase, que durante o processo de interação coerente com o sistema atómico é transferido ressonantemente para o ruído de intensidade. Em nossa análise, observamos resultados não triviais em relação aos sinais de ruído e correlação entre os campos medidos. Verificamos que, num vapor atómico, a largura Doppler associada à transição tem um papel fundamental na composição elo sinal ele ruído. Observamos que mesmo transições que, a priori, estariam não ressonante podem ter contribuição significativa para o sinal ele ruído. Os modelos teóricos desenvolvidos apresentaram um bom acordo qualitativo com parte dos dados experimentais e se mostraram uma ferramenta útil para a análise da influência dos efeitos coerentes nas flutuações elos campos, quando o laser possui excesso de ruído ele fase. / We present a theoretical and experimental investigation of the fluctuations of electromagnetic fields after the interaction with degenerate two-level atomic systems. These atomic systems were prepared in coherent superpositions of the states obtained through Electromagnetically Induced Transparency (EIT) and Absorption (EIA). The physical system was studied in two semi-classical models: linear atomic response and phase diffusion. These models are based on the fact that diode lasers have excess phase noise, which in the interaction process is transferred to intensity noise. We observed non trivial results about the noise signals and the correlations between the fields. We showed that, in atomic vapor, the Doppler width has a fundamental role in the origin of the noise signal. The theoretical models show good qualitative agreement with part of the experimental result features and are a powerful tool to analyze field fluctuations, when the laser has excess phase noise.

The determination of plasma equilibrium profiles is necessary to evaluate the properties of the confinement and to investigate perturbation effects. Optical diagnostics can be used to determine some of these profiles. However, these diagnostics measure all emitted radiation at a solid angle that illuminate each diagnostic channel through a slit. Therefore, the real measured quantity is the emissivity integrated along the line-of-sight and some unfolding procedure, like Abels inversion, is commonly used to recover the emissivity profile. In TCABR tokamak, at the Physics Institute of the University of São Paulo, a 24-channel bolometer and a 20-channel soft X-ray optical diagnostics are used to measure the plasma emissivity in wavelength range from 1.0 to 1000 nm, depending on the used filters. In this work, a numerical simulation is used to compute the signal measured by the diagnostics for a given emissivity profile, allowing direct comparison with the experimental data and avoiding the use of the Abel\'s inversion directly and the numerical difficulties associated with unfolding procedures. By considering TCABR tokamak geometry, spatial coordinates can be related to the normalized linear coordinates of the plasma by imposing a plasma emissivity model that depends on some free parameters, allowing the emissivity resulting in each point can be calculated. Thus, the luminosity of each channel is calculated by the integral of the emissivity modeled in each line-of-sight (Radon Transformation). Emissivity model free parameters are determined by fitting calculated luminosity to measured one. We considered three types of emissivity profiles: a parabolic model in law of power, a Gaussian model and a model based on Bessel functions. We observed that the parabolic profile fits well the bolometer data, while the Gaussian profile is adequate to describe the data obtained with the soft X-ray detector. / A determinação dos perfis de equilíbrio do plasma é necessária para avaliar as propriedades do confinamento e para investigar os efeitos de perturbações. Diagnósticos ópticos podem ser usados para determinar alguns desses perfis. No entanto, esses diagnósticos medem toda a radiação luminosa emitida em um ângulo sólido que ilumina cada canal do detector através de uma fenda. Assim, a verdadeira grandeza física medida é a emissividade integrada ao longo da linha de visada. Com isso, algum procedimento de deconvolução, como a inversão de Abel, se faz necessário para obter o perfil de emissividade. No tokamak TCABR do Instituto de Física da USP, um bolômetro de 24 canais e um detector de raios-X moles de 20 canais são utilizados para medir a emissividade do plasma no intervalo de comprimento de onda de 1 a 1.000 nm, dependendo dos filtros utilizados. Neste trabalho, uma simulação numérica é usada para calcular o sinal medido pelos diagnósticos para um dado perfil de emissividade, possibilitando a comparação direta com os dados experimentais, evitando a realização da inversão de Abel e os problemas numéricos associados aos procedimentos de deconvolução. Pela consideração da geometria do tokamak TCABR, as coordenadas espaciais podem ser relacionadas com as coordenadas lineares normalizadas do plasma por meio da imposição de um modelo de emissividade para o plasma que dependa de alguns parâmetros livres, permitindo que a emissividade resultante em cada ponto possa ser calculada. Assim, a luminosidade de cada canal é calculada pela integral da emissividade modelada em cada linha de visada (Transformada de Radon). Os parâmetros livres dos perfis de emissividade são determinados ajustando-se as luminosidades calculadas em termos das luminosidades medidas. Nós consideramos três modelos de perfis de emissividade: um modelo parabólico em lei de potência, um modelo gaussiano e um modelo baseado em funções de Bessel. Observamos que o perfil parabólico ajusta-se bem aos dados do bolômetro, ao passo que o perfil gaussiano é adequado para descrever os dados obtidos com o detector de raios-X moles.

O Estudo de Materiais Fotorrefrativos e suas Aplicações no Processamento Óptico Holográfico de Informação vêm sendo feitos por diversos Grupos de Pesquisas em vários laboratórios devido aos bons resultados obtidos com esses meios em diversas áreas. Entre outros efeitos foto-induzidos o processo que possibilita essas aplicações é o efeito fotorrefrativo, um fenômeno onde o registro holográfico no meio fotorrefrativo ocorre pela modulação do índice de refração de acordo com a distribuição espacial da intensidade da luz incidente, devido a uma redistribuição foto-induzida de cargas espaciais, e conseqüente, geração de um campo espaço-carga no meio. Neste trabalho, estuda-se a propagação e acoplamento de ondas eletromagnéticas em monocristais elétro-ópticos paraelétricos da Família das Silenitas \'BI IND. 12\'\'SI\'\'O IND. 20\' (BSO) e \'BI IND. 12\'\'TI\'\'O IND. 20\' (BTO) e nos ferroelétricos \'LI\'\'NB\'\'O IND. 3\' puros e dopados. O propósito de estudar esses materiais é caracterizá-los e, principalmente, otimizá-los para aplicação no processamento óptico e holográfico de informação. Utiliza-se técnicas de caracterização de redes holográficas fotorrefrativas e de lentes foto-induzidas para determinação de figuras de mérito e parâmetros fotorrefrativos e termo-ópticos nestes meios fotorrefrativos. Propõe-se também algumas aplicações no processamento óptico e holográfico de informação, nas áreas de pesquisa básica, tecnológicas e biomédicas, que vêm despertando grande interesse nos últimos anos, como holografia em tempo real com mapeamento de fase, interterometria speckle em tempo real e registro não-holográfico no processo de conversão incoerente-incoerente; entre outras no processamento óptico e holográfico de dados. / The Study of Photorefractive Materials and their Applications in Optical and Holographical Information Processing come being made for diverse Groups of Research in some laboratories due to the good results in many areas. Among other photo-induced effects, the process that allows these applications is the photorefractive effect, a phenomenon where the holographic recording in photorefractive medium occurs by means of the refractive index modulation due to the space distribution of the light intensity, producing a space-charge photo-induced redistribution, and consequently, the generation of a space-charge field governed by an electro-optic medium. In this work, we study the propagation and coupling of electromagnetic waves in electro-optic monocrystals of the sillemite family Bi12SiO20 (BSO) and Bi12TiO20 (BTO) and in the pure and dop-ed LiNbO3 crystals. The purpose to study these materials is to characterize them and, mainly, to optimize the conditions of their application in the optical and holographical information processing. We use photorefractive holographic gratings and photo-induced lens techniques for determination of figures of merit and photorefractive and thermo-optic parameters in these photorefractive materials. We also consider some applications in the optical and holographical information processing in the research basic, technological and biomedical areas, that come waken great interest in the last years, as phase- shifting real-time holography, real-time speckle interferometry and non-holographic recording with incoherent-incoherent conversion process; among others in the optic and holographic data processing.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRLR.pdf: 1879706 bytes, checksum: 7429ed68f36eaaee955f0556239e63cc (MD5) Previous issue date: 2004-04-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work we consider the problem of a three-level trapped ion inside a high- Q cavity. We study the process of phonon-foton-matter interaction mediated by a classical field. We are particularly interested in the engineering process of two excitation changes, phonons and/or photons, which result in squeezing of the cavity mode and/or the vibrational field. The adiabatic aproximation is employed to obtain simplified effective Hamiltonians. / Nesta dissertação abordamos o problema de um íon de três níveis armadilhado e inserido em uma cavidade com alto fator de qualidade. Desejamos estudar o processo de interação fônon-fóton-matéria, mediado por um campo clássico. Em particular, estaremos interessados na engenharia do processo de troca de duas excitações, fônon e/ou fóton, que resultam na compressão do modo da cavidade e/ou do modo de vibração do íon. Empregaremos a técnica de aproximação adiabática para a obtenção de Hamiltonianos efetivos simplificados.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissACY.pdf: 1059423 bytes, checksum: 06c9e691f5fa526afdc67a6b90fe179a (MD5) Previous issue date: 2004-08-12 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this dissertation, we present a generalized master equation for a system of N two- level atoms pumped by a classical field, interacting with a reservoir. The kinds of reservoirs are assumed: (a) thermal, (b) squeezed vacuum. A master equation for the system was derived under Born and Markov approximations. The mean ¯eld approximation is done for the many-body system, so we obtain a non-linear master equation for a representative atom of the system . We discuss the optical bistable behavior of the output field, and analyze how much this phenomenon is sensitive to the number of atoms, the atom-reservoir coupling and to the parameters of de reservoir. / Nesta dissertação, apresentamos uma equação mestra generalizada para um sistema constituído de N átomos de dois níveis bombeados por um campo clássico, interagindo com um reservatório. O tipo do reservatório pode ser: (a) térmico, (b) vácuo comprimido. Uma equação mestra foi deduzida, para o sistema, nas aproximações de Born e Markov. A aproximação de campo médio é feita para o sistema de muitos corpos, desta maneira obtemos uma equação mestra não linear para um átomo representativo do sistema. Discutimos o comportamento ópitico biestável do campo de saída, e analisamos o quanto este fenômeno é sensível ao número de átomos, ao tipo de acoplamento átomo-reservatório e aos parámentros do reservatório.

O Estudo de Materiais Fotorrefrativos e suas Aplicações no Processamento Óptico Holográfico de Informação vêm sendo feitos por diversos Grupos de Pesquisas em vários laboratórios devido aos bons resultados obtidos com esses meios em diversas áreas. Entre outros efeitos foto-induzidos o processo que possibilita essas aplicações é o efeito fotorrefrativo, um fenômeno onde o registro holográfico no meio fotorrefrativo ocorre pela modulação do índice de refração de acordo com a distribuição espacial da intensidade da luz incidente, devido a uma redistribuição foto-induzida de cargas espaciais, e conseqüente, geração de um campo espaço-carga no meio. Neste trabalho, estuda-se a propagação e acoplamento de ondas eletromagnéticas em monocristais elétro-ópticos paraelétricos da Família das Silenitas \'BI IND. 12\'\'SI\'\'O IND. 20\' (BSO) e \'BI IND. 12\'\'TI\'\'O IND. 20\' (BTO) e nos ferroelétricos \'LI\'\'NB\'\'O IND. 3\' puros e dopados. O propósito de estudar esses materiais é caracterizá-los e, principalmente, otimizá-los para aplicação no processamento óptico e holográfico de informação. Utiliza-se técnicas de caracterização de redes holográficas fotorrefrativas e de lentes foto-induzidas para determinação de figuras de mérito e parâmetros fotorrefrativos e termo-ópticos nestes meios fotorrefrativos. Propõe-se também algumas aplicações no processamento óptico e holográfico de informação, nas áreas de pesquisa básica, tecnológicas e biomédicas, que vêm despertando grande interesse nos últimos anos, como holografia em tempo real com mapeamento de fase, interterometria speckle em tempo real e registro não-holográfico no processo de conversão incoerente-incoerente; entre outras no processamento óptico e holográfico de dados. / The Study of Photorefractive Materials and their Applications in Optical and Holographical Information Processing come being made for diverse Groups of Research in some laboratories due to the good results in many areas. Among other photo-induced effects, the process that allows these applications is the photorefractive effect, a phenomenon where the holographic recording in photorefractive medium occurs by means of the refractive index modulation due to the space distribution of the light intensity, producing a space-charge photo-induced redistribution, and consequently, the generation of a space-charge field governed by an electro-optic medium. In this work, we study the propagation and coupling of electromagnetic waves in electro-optic monocrystals of the sillemite family Bi12SiO20 (BSO) and Bi12TiO20 (BTO) and in the pure and dop-ed LiNbO3 crystals. The purpose to study these materials is to characterize them and, mainly, to optimize the conditions of their application in the optical and holographical information processing. We use photorefractive holographic gratings and photo-induced lens techniques for determination of figures of merit and photorefractive and thermo-optic parameters in these photorefractive materials. We also consider some applications in the optical and holographical information processing in the research basic, technological and biomedical areas, that come waken great interest in the last years, as phase- shifting real-time holography, real-time speckle interferometry and non-holographic recording with incoherent-incoherent conversion process; among others in the optic and holographic data processing.

The determination of plasma equilibrium profiles is necessary to evaluate the properties of the confinement and to investigate perturbation effects. Optical diagnostics can be used to determine some of these profiles. However, these diagnostics measure all emitted radiation at a solid angle that illuminate each diagnostic channel through a slit. Therefore, the real measured quantity is the emissivity integrated along the line-of-sight and some unfolding procedure, like Abels inversion, is commonly used to recover the emissivity profile. In TCABR tokamak, at the Physics Institute of the University of São Paulo, a 24-channel bolometer and a 20-channel soft X-ray optical diagnostics are used to measure the plasma emissivity in wavelength range from 1.0 to 1000 nm, depending on the used filters. In this work, a numerical simulation is used to compute the signal measured by the diagnostics for a given emissivity profile, allowing direct comparison with the experimental data and avoiding the use of the Abel\'s inversion directly and the numerical difficulties associated with unfolding procedures. By considering TCABR tokamak geometry, spatial coordinates can be related to the normalized linear coordinates of the plasma by imposing a plasma emissivity model that depends on some free parameters, allowing the emissivity resulting in each point can be calculated. Thus, the luminosity of each channel is calculated by the integral of the emissivity modeled in each line-of-sight (Radon Transformation). Emissivity model free parameters are determined by fitting calculated luminosity to measured one. We considered three types of emissivity profiles: a parabolic model in law of power, a Gaussian model and a model based on Bessel functions. We observed that the parabolic profile fits well the bolometer data, while the Gaussian profile is adequate to describe the data obtained with the soft X-ray detector. / A determinação dos perfis de equilíbrio do plasma é necessária para avaliar as propriedades do confinamento e para investigar os efeitos de perturbações. Diagnósticos ópticos podem ser usados para determinar alguns desses perfis. No entanto, esses diagnósticos medem toda a radiação luminosa emitida em um ângulo sólido que ilumina cada canal do detector através de uma fenda. Assim, a verdadeira grandeza física medida é a emissividade integrada ao longo da linha de visada. Com isso, algum procedimento de deconvolução, como a inversão de Abel, se faz necessário para obter o perfil de emissividade. No tokamak TCABR do Instituto de Física da USP, um bolômetro de 24 canais e um detector de raios-X moles de 20 canais são utilizados para medir a emissividade do plasma no intervalo de comprimento de onda de 1 a 1.000 nm, dependendo dos filtros utilizados. Neste trabalho, uma simulação numérica é usada para calcular o sinal medido pelos diagnósticos para um dado perfil de emissividade, possibilitando a comparação direta com os dados experimentais, evitando a realização da inversão de Abel e os problemas numéricos associados aos procedimentos de deconvolução. Pela consideração da geometria do tokamak TCABR, as coordenadas espaciais podem ser relacionadas com as coordenadas lineares normalizadas do plasma por meio da imposição de um modelo de emissividade para o plasma que dependa de alguns parâmetros livres, permitindo que a emissividade resultante em cada ponto possa ser calculada. Assim, a luminosidade de cada canal é calculada pela integral da emissividade modelada em cada linha de visada (Transformada de Radon). Os parâmetros livres dos perfis de emissividade são determinados ajustando-se as luminosidades calculadas em termos das luminosidades medidas. Nós consideramos três modelos de perfis de emissividade: um modelo parabólico em lei de potência, um modelo gaussiano e um modelo baseado em funções de Bessel. Observamos que o perfil parabólico ajusta-se bem aos dados do bolômetro, ao passo que o perfil gaussiano é adequado para descrever os dados obtidos com o detector de raios-X moles.