Transições de um e dois fótons em átomos de rubídio estimuladas por pulsos de luz laser

Abstract

Pulsos de luz laser estão presentes em diversos tópicos na física atômica. A interferometria atômica é um bom exemplo desse uso. Relógios atômicos são também um bom exemplo de aplicação da interação entre pulsos de luz e sistemas atômicos. Nesse contexto, apresentamos uma investigação teórica da interação entre pulsos de luz laser e um ensemble de átomos de rubídio. Começamos pela discussão de conceitos fundamentais, como pulsos de luz, sistemas de dois níveis, superposições de estados quânticos, aproximação de dipolo elétrico e equação de Schrödinger, para por fim tratar do problema da excitação de átomos por um pulso de luz. Em seguida, analisamos o mesmo problema no formalismo da matriz densidade, onde as equações de Bloch derivadas da equação de Liouville-von Neumann são resolvidas numericamente através do algoritmo de Runge-Kutta. Nesse caso, incluímos a taxa de decaimento espontâneo dos átomos calculada a partir de um dos coeficientes de Einstein. Por fim, três outros problemas mais complexos são analisados e discutidos. O primeiro envolve a excitação dos átomos de dois níveis por uma sequência de dois pulsos de luz, que dá origem às franjas de Ramsey. Já o segundo diz respeito à mesma excitação quando os átomos estão sujeitos a uma sequência de muitos pulsos, onde um método perturbativo capaz de obter uma expressão analítica para a coerência induzida é apresentado. E o último aborda transições multifotônicas em um sistema de quatro níveis induzidas por um pente de frequências ópticas.