PROPAGACIÓN DE LUZ SUBLUMÍNICA Y SUPERLUMÍNICA BASADA EN LAS OSCILACIONES COHERENTES DE LA POBLACIÓN Presentación del trabajo de investigación, Curso 07/08 Máster de Física Fundamental UCM Francisco Arrieta Yáñez fran_conpan@hotmail.com Tutores: Dr. Oscar Gomez Calderón Dra. Sonia Melle
Luz lenta, luz rápida. Velocidad de grupo Propagación de ondas electromagnéticas monocromáticas: Velocidad de fase E z Velocidad de los puntos de fase constante fase
-Propagación de pulsos en medios dispersivos: Velocidad de grupo: Diferentes vp Pulso Medio Velocidad de propagación del lugar geométrico donde todas las componentes de frecuencia están en fase Luz lenta Luz rápida
Índice para un material con una resonancia: Situación usual Pico de absorción en la frecuencia de resonancia Zona de máxima dispersión (anómala) en la resonancia Relaciones de Kramers-Kroning
Obtención de luz lenta o rápida: Zonas de alta dispersión Creación de pozos en la absorción por técnicas de coherencia cuántica (interferencias destructivas de distinto tipo). La pendiente del índice cambia: Dispersión normal en la resonancia Luz lenta accesible en los pozos de absorción.
Algunas formas de conseguir luz lenta… Electromagnetic Induced transparency: Propuesto independientemente por Kocharovskaya y Khanin (Inst. of Applied Physics, Russia) en 1988, y Stephen E. Harris (Stanford) en 1989. Interferencia cuántica entre funciones de onda electrónicas. Coherent Population Oscillations R. W. Boyd (Rochester), D. J Gauthier (Duke)… Interferencia de los campos electromagnéticos externos.
Transparencia inducida electromagnéticamente (EIT) Interferencia entre las probabilidades de transición 2 3 y 1 3 Coupling field W C Probe field W P a Real and imaginary parts of the complex refractive index for L system: pump W =0.5 G 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 -3 -2 -1 2 3 detuning ( /G ) L. Hau et al: Light speed reduction to 17 m/s in an ultracold atomic gas, Nature 397 (1999)
Oscilaciones Coherentes de la Población (CPO) Inversión de población: W = 1-211 21 >> 1/ Intensidad Población
2c Conocida la dispersión, queremos saber el desfase experimentado por la señal modulada: L - + “Pulso” con dos frecuencias Índice de grupo asociado:
c “Frecuencia central de CPO” c “Frecuencia central de CPO”
PROPAGACIÓN SUPERLUMÍNICA: INTRODUCCIÓN DE BOMBEO Ecuaciones de matriz densidad + aproximación adiabática Intensidad de bombeo umbral. Intensidad de bombeo de saturación.
TRABAJO REALIZADO
Estudio y observación del fenómeno de CPO OBJETIVOS Estudio y observación del fenómeno de CPO Medición de retrasos en señales moduladas generados por esta técnica Aportación al fenómeno: Introducción de un nuevo parámetro que permita controlar el régimen de propagación. Optimización de los retardos / adelantos obtenidos
Forzamiento de las oscilaciones de la población. Introducción de dos campos de bombeo (debil y fuerte) desintonizados en .
Dispositivo experimental Fractional delay
Resultados I: Fractional delay vs . Diferentes modulaciones de bombeo Cambio en la propagación (sublumínica-superlumínica) con la fase . El máximo fractional delay aumenta linealmente con la modulación del bombeo
Resultados II: Fractional delay vs . Diferentes frecuencias de modulación.
Resultados II: Fractional delay vs . Diferentes frecuencias de modulación.
Resultados II: Fractional delay vs . Diferentes frecuencias de modulación.
CONCLUSIONES: Conseguimos cambiar de régimen de propagación con la fase entre las modulaciones. Incluso a frecuencias << c, obtenemos mejores resultados que sin modular el bombeo. Con bombeos << Ps (bombeo de saturación) obtenemos mayores advancements. PERSPECTIVAS: Limitacion experimental: Erbio 21 10.5 ms: Anchura del hueco 1/ kHz Búscar otros sistemas para pulsos muy cortos (semiconductores, etc).
Gracias a Oscar y Sonia, y a toda la gente de la escuela de óptica que me ha ayudado con este trabajo (Miguel Angel Antón, Fernando Carreño, Jose Miguel Ezquerro…).
Propagación de pulsos: Luz lenta
Propagación de Pulsos: Luz Rápida