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.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Grades de Bragg nÃo-lineares tÃm sido consideradas desde o final do sÃculo passado para aplicaÃÃes em sistemas de comunicaÃÃes Ãpticas e sensoriamento. O estudo de pulsos ultra-curtos em grades de Bragg lineares, entretanto, sà tem sido considerado nos Ãltimos anos, devido ao desenvolvimento de tÃcnicas numÃricas especÃficas para se resolver o problema. Neste trabalho, foi realizado um estudo analÃtico-numÃrico das caracterÃsticas de transmissÃo e reflexÃo das grades de Bragg nÃo-lineares. Pela primeira vez, foram consideradas variaÃÃes periÃdicas da nÃo-linearidade no dispositivo operando no regime de onda continua, levando a uma nova classe de grades nÃo-uniformes. CaracterÃsticas dos estados bi- e multi-estÃveis foram extensamente investigados nas grades de Bragg nÃo-lineares. TambÃm, pela primeira vez, foi realizado o estudo numÃrico de pulsos ultracurtos ($sim$1 ps) incidindo em grades nÃo-lineares. O enfoque foi dado para a dependÃncia da intensidade de um pulso ultracurto ao passar por tal grade. Foram estudadas, ainda, as dependÃncias na forma temporal da profundidade de modulaÃÃo da grade e do Ãndice nÃo-linear. Grades apodizadas foram consideradas, jà que estas sÃo de importÃncia fundamental nos sitemas de comunicaÃÃes modernos. / Nonlinear fiber Bragg gratings has been considered since the end of last century for applications in optical communications and sensor techniques. The investigation of ultrashort pulses in linear Bragg gratings, however has been considered in the last few years due the development of specifical numerical techniques to solve this problem. In the present work an analytical and numerical study of the reflection and transmission characteristics of nonlinear Bragg gratings was done. For the first time, it has been considered periodic variations of the nonlinearity in that devices operating in the continuous wave regime, leading to a new class of nonuniform gratings. It was extensively investigated the bi- and multistable characteristics in these nonlinear fiber Bragg gratings. Also, for the first time, the numerical study of ultrahsort pulses ($sim$1 ps) incident in nonlinear gratings was done. The focus was the input pulse intensity dependence on that gratings. Also, the depedences in the time shapes of grating index modulation depth and nonlinear index were studied. Apodized gratings were considered since they are of fundamental importance in modern communications systems.

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