Estudo da correlação de fótons e controle óptico a partir do fenômeno da transparência eletromagneticamente induzida em cavidades para um átomo de três níveis

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: França, Gustavo Henrique de
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_ 1802136406423764992