Estudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveis
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16108 |
Resumo: | The ability to produce and control single photons is one of the outstanding goals of quantum optics to pave the way towards the implementation of quantum devices. In this work, we present a theoretical study on the phenomenon of electromagnetically induced transparency combined with cavity quantum electrodynamics (CEIT) to explore the control of quantum fluctuations and photon statistics of a light beam. For this purpose, we consider a system composed of a single three-level atom in Λ configuration strongly coupled to a single quantum mode of an optical cavity. The dressed states of the system and its respective energy eigenvalues were analytically calculated through the diagonalization of the interaction hamiltonian according to the Jaynes-Cummings model. Using the formalism of the master equation for open quantum systems, we obtain the temporal evolution of the expected value of the atomic and cavity field operators, which allowed us to numerically calculate the properties of the system in the steady state, such as the transmission spectrum of the system, using different parameters. The photon statistics and the quantumness of the light emitted from the cavity were featured by calculating the equal-time second-order intensity correlation function $g^{(2)}(0)$. Additionally to the photon statistics control, which can be optically tuned via the control field intensity, with $g^{(2)}(0)$ varying from sub-Poissonian to super-Poisonian behavior, the correlation function shows two well defined sub-Poissonian regions, resulting from a single-photon and a two-photon blockade. The achievable quantum control can significantly contribute to the implementation of individual or strongly correlated photon sources or devices which attenuates or amplifies the relative intensity noise of a light beam. |
id |
SCAR_749c2525d8e6bdf9e5c228b47849e739 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/16108 |
network_acronym_str |
SCAR |
network_name_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
repository_id_str |
4322 |
spelling |
França, Gustavo Henrique deSouza, James Alveshttp://lattes.cnpq.br/2212240621620011http://lattes.cnpq.br/82897082257307336d22c674-7c01-4e17-8ca7-2b164d8d5bf52022-05-10T19:40:07Z2022-05-10T19:40:07Z2022-04-29FRANÇA, Gustavo Henrique de. Estudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveis. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Física) – Universidade Federal de São Carlos, Sorocaba, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16108.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16108The ability to produce and control single photons is one of the outstanding goals of quantum optics to pave the way towards the implementation of quantum devices. In this work, we present a theoretical study on the phenomenon of electromagnetically induced transparency combined with cavity quantum electrodynamics (CEIT) to explore the control of quantum fluctuations and photon statistics of a light beam. For this purpose, we consider a system composed of a single three-level atom in Λ configuration strongly coupled to a single quantum mode of an optical cavity. The dressed states of the system and its respective energy eigenvalues were analytically calculated through the diagonalization of the interaction hamiltonian according to the Jaynes-Cummings model. Using the formalism of the master equation for open quantum systems, we obtain the temporal evolution of the expected value of the atomic and cavity field operators, which allowed us to numerically calculate the properties of the system in the steady state, such as the transmission spectrum of the system, using different parameters. The photon statistics and the quantumness of the light emitted from the cavity were featured by calculating the equal-time second-order intensity correlation function $g^{(2)}(0)$. Additionally to the photon statistics control, which can be optically tuned via the control field intensity, with $g^{(2)}(0)$ varying from sub-Poissonian to super-Poisonian behavior, the correlation function shows two well defined sub-Poissonian regions, resulting from a single-photon and a two-photon blockade. The achievable quantum control can significantly contribute to the implementation of individual or strongly correlated photon sources or devices which attenuates or amplifies the relative intensity noise of a light beam.A habilidade de produzir e controlar fótons individuais é hoje um dos fatores mais importantes na evolução tecnológica através da óptica quântica. Neste trabalho, apresentamos um estudo teórico sobre o fenômeno de transparência eletromagneticamente induzida (EIT - Electromagnetically Induced Transparency) combinado com eletrodinâmica quântica de cavidades (CEIT) para explorar o controle das flutuações quânticas e estatística de fótons de um feixe de luz. Para isso consideramos um sistema composto por um único átomo de três níveis em configuração Λ acoplado fortemente a um único modo do campo quântico de uma cavidade óptica. As autoenergias e autoestados do sistema foram calculados analiticamente através da diagonalização do hamiltoniano de interação segundo o modelo de Jaynes-Cummings. Utilizando o formalismo da equação mestra para sistemas quânticos abertos obtemos a evolução temporal do valor esperado dos operadores atômicos e do campo da cavidade, o que nos permitiu calcular numericamente as propriedades do sistema no estado estacionário, como o seu espectro de transmissão, utilizando diferentes parâmetros. Para a análise da estatística de fótons e do estabelecimento dos requerimentos básicos para a determinação da quanticidade da luz transmitida pela cavidade, nós consideramos o cálculo numérico da função de correlação de segunda ordem $g^{(2)}(0)$. Além do controle da estatística de fótons de sub-Poissoniana para super-Poissoniana, utilizando um parâmetro externo ao sistema dado pela frequência de Rabi de um campo clássico de controle, foi possível observar a geração de luz quântica no sistema CEIT como consequência do fenômeno de bloqueio de fótons para um e dois fótons. O controle quântico observado pode contribuir de maneira significativa para a implementação de fontes de fótons individuais ou fortemente correlacionados ou ainda dispositivos que possam atenuar ou amplificar as flutuações do campo.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus SorocabaFísica - FL-SoUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessTransparência Eletromagneticamente InduzidaEletrodinâmica Quântica de CavidadesModelo de Jaynes-CummingsBloqueio de FótonsEstatística de FótonsElectromagnetically Induced TransparencyCavity Quantum ElectrodynamicsJaynes-Cummings ModelPhoton BlockadePhoton StatisticsCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICAEstudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveisStudy of photon correlation and optical control using cavity electromagnetically induced transparency for a single three-level atominfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis600600a7e76439-54a1-4b89-84c3-264b6b57a010reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTCC_GustavoFrança_JamesSouza.pdfTCC_GustavoFrança_JamesSouza.pdfTrabalho de Conclusão de Cursoapplication/pdf5764899https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16108/1/TCC_GustavoFran%c3%a7a_JamesSouza.pdfb5de281eab9317dc47b9dfffa8ef1e38MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16108/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52TEXTTCC_GustavoFrança_JamesSouza.pdf.txtTCC_GustavoFrança_JamesSouza.pdf.txtExtracted texttext/plain151087https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16108/3/TCC_GustavoFran%c3%a7a_JamesSouza.pdf.txt2771996025c6a321fc806cd8abba90f9MD53THUMBNAILTCC_GustavoFrança_JamesSouza.pdf.jpgTCC_GustavoFrança_JamesSouza.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg8595https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16108/4/TCC_GustavoFran%c3%a7a_JamesSouza.pdf.jpg402e0efe7ebaed4c55d96f3cd41ed287MD54ufscar/161082023-09-18 18:32:31.142oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/16108Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:31Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
dc.title.por.fl_str_mv |
Estudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveis |
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv |
Study of photon correlation and optical control using cavity electromagnetically induced transparency for a single three-level atom |
title |
Estudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveis |
spellingShingle |
Estudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveis França, Gustavo Henrique de Transparência Eletromagneticamente Induzida Eletrodinâmica Quântica de Cavidades Modelo de Jaynes-Cummings Bloqueio de Fótons Estatística de Fótons Electromagnetically Induced Transparency Cavity Quantum Electrodynamics Jaynes-Cummings Model Photon Blockade Photon Statistics CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
title_short |
Estudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveis |
title_full |
Estudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveis |
title_fullStr |
Estudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveis |
title_full_unstemmed |
Estudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveis |
title_sort |
Estudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveis |
author |
França, Gustavo Henrique de |
author_facet |
França, Gustavo Henrique de |
author_role |
author |
dc.contributor.authorlattes.por.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/8289708225730733 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
França, Gustavo Henrique de |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Souza, James Alves |
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/2212240621620011 |
dc.contributor.authorID.fl_str_mv |
6d22c674-7c01-4e17-8ca7-2b164d8d5bf5 |
contributor_str_mv |
Souza, James Alves |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Transparência Eletromagneticamente Induzida Eletrodinâmica Quântica de Cavidades Modelo de Jaynes-Cummings Bloqueio de Fótons Estatística de Fótons |
topic |
Transparência Eletromagneticamente Induzida Eletrodinâmica Quântica de Cavidades Modelo de Jaynes-Cummings Bloqueio de Fótons Estatística de Fótons Electromagnetically Induced Transparency Cavity Quantum Electrodynamics Jaynes-Cummings Model Photon Blockade Photon Statistics CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
dc.subject.eng.fl_str_mv |
Electromagnetically Induced Transparency Cavity Quantum Electrodynamics Jaynes-Cummings Model Photon Blockade Photon Statistics |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA |
description |
The ability to produce and control single photons is one of the outstanding goals of quantum optics to pave the way towards the implementation of quantum devices. In this work, we present a theoretical study on the phenomenon of electromagnetically induced transparency combined with cavity quantum electrodynamics (CEIT) to explore the control of quantum fluctuations and photon statistics of a light beam. For this purpose, we consider a system composed of a single three-level atom in Λ configuration strongly coupled to a single quantum mode of an optical cavity. The dressed states of the system and its respective energy eigenvalues were analytically calculated through the diagonalization of the interaction hamiltonian according to the Jaynes-Cummings model. Using the formalism of the master equation for open quantum systems, we obtain the temporal evolution of the expected value of the atomic and cavity field operators, which allowed us to numerically calculate the properties of the system in the steady state, such as the transmission spectrum of the system, using different parameters. The photon statistics and the quantumness of the light emitted from the cavity were featured by calculating the equal-time second-order intensity correlation function $g^{(2)}(0)$. Additionally to the photon statistics control, which can be optically tuned via the control field intensity, with $g^{(2)}(0)$ varying from sub-Poissonian to super-Poisonian behavior, the correlation function shows two well defined sub-Poissonian regions, resulting from a single-photon and a two-photon blockade. The achievable quantum control can significantly contribute to the implementation of individual or strongly correlated photon sources or devices which attenuates or amplifies the relative intensity noise of a light beam. |
publishDate |
2022 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2022-05-10T19:40:07Z |
dc.date.available.fl_str_mv |
2022-05-10T19:40:07Z |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2022-04-29 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/bachelorThesis |
format |
bachelorThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.citation.fl_str_mv |
FRANÇA, Gustavo Henrique de. Estudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveis. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Física) – Universidade Federal de São Carlos, Sorocaba, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16108. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16108 |
identifier_str_mv |
FRANÇA, Gustavo Henrique de. Estudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveis. 2022. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Física) – Universidade Federal de São Carlos, Sorocaba, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16108. |
url |
https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16108 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.relation.confidence.fl_str_mv |
600 600 |
dc.relation.authority.fl_str_mv |
a7e76439-54a1-4b89-84c3-264b6b57a010 |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ info:eu-repo/semantics/openAccess |
rights_invalid_str_mv |
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos Câmpus Sorocaba Física - FL-So |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFSCar |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de São Carlos Câmpus Sorocaba Física - FL-So |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFSCAR instname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) instacron:UFSCAR |
instname_str |
Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
instacron_str |
UFSCAR |
institution |
UFSCAR |
reponame_str |
Repositório Institucional da UFSCAR |
collection |
Repositório Institucional da UFSCAR |
bitstream.url.fl_str_mv |
https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16108/1/TCC_GustavoFran%c3%a7a_JamesSouza.pdf https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16108/2/license_rdf https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16108/3/TCC_GustavoFran%c3%a7a_JamesSouza.pdf.txt https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/16108/4/TCC_GustavoFran%c3%a7a_JamesSouza.pdf.jpg |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
b5de281eab9317dc47b9dfffa8ef1e38 e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 2771996025c6a321fc806cd8abba90f9 402e0efe7ebaed4c55d96f3cd41ed287 |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
_version_ |
1813715647589253120 |