Efeitos coerentes
Os efeitos coerentes em sistemas atômicos tem sido amplamente estudados desde a invenção dos primeiros lasers. Estes estudos tem contribuído, ao longo das últimas 6 décadas, para uma melhor compreensão dos contra-intuitivos fenômenos da mecânica quântica, assim como a descoberta de novas propriedades de átomos e moléculas. Também tem influenciado no surgimento de novas áreas como a Óptica Quântica e a Informação Quântica.
Um dos efeitos coerentes mais curiosos é a mistura de ondas, onde dois ou mais campos luminosos se combinam no meio atômico de forma não linear para gerar novos campos, conservando no processo a energia e o momento. Entre os mais estudados, podemos citar a mistura de quatro ondas (FWM - pelas suas siglas em inglês), processo associado à susceptibilidade não linear de terceira ordem.
Através de processos de FWM foi mostrado recentemente a possibilidade de usar o movimento dos átomos para funcionar como uma memória óptica não linear. Isto é, armazenar a informação contida em um feixe de luz no movimento do centro de massa dos átomos, onde este movimento pode ser clássico ou quantizado [1,2].
Fig. 1 Montagem experimental simplificado usado na referência [2].
Nesta última montagem experimental o sistema se mostrou tão eficiente que foi possível obter ganhos enormes [3], chegando a observar efeitos de acoplamento de modos do vácuo com os feixes de bombeio gerando auto-oscilações no sistema (processos de FWM devido a este acoplamento com os modos do vácuo). Inclusive se chegaram a observar correlações quânticas entre dois modos gerados, abrindo assim um espectro de possibilidades para o estudo deste sistema.
Tais experiências foram desenvolvidas em átomos frios, o que faz o sistema extremamente complexo e caro, pelo que nossa proposta é implementar os mecanismos anteriormente descritos em vapores atômicos de Cs e/ou Rb. Especificamente queremos utilizar um processo de FWM de alta eficiência para usá-lo como multiplexor de informação óptica. Posteriormente pensamos na possibilidades de estudar mecanismos de mistura de ondas de ordem superior, como o objetivo de usar o sistema como operador lógico [4] e por fim combinar as diferentes ordens para trabalhar em conjunto como um protocolo completo de multiplexação e operação.
- [1] OSA | Optical memory based on quantized atomic center-of-mass motion (osapublishing.org)
- [2] OSA | Self-amplifying memory based on multiple cascading four-wave mixing via recoil-induced resonance (osapublishing.org)
- [3] Phys. Rev. A 100, 023839 (2019) - Observation of giant gain and coupled parametric oscillations between four optical channels in cascaded four-wave mixing (aps.org)
- [4] OSA | Nonlinear optical memory for manipulation of orbital angular momentum of light (osapublishing.org)