Processos multifotonics en feixos atomics de 39k

Resumen

Hem investigat teòricament processos multifotònics en feixos atòmics de 39K en tres configuracions diferents: (i) amplificació multifotònica, (ii) emissió làser multifotònica i (iii) STIRAP multifotònic. Per a les configuracions (i) i (ii), s'ha bastit un model de la interacció entre dos camps electromagnètics intensos amb estats de polarització fixos i la línia D1 d'una col·lecció d'àtoms de potassi per tal de reproduir, tan fidelment com sigui possible, les condicions experimentals en què es van dur a terme uns experiments d'amplificació i emissió làser relativament recents. Aquest model ha estat deduït usant un formalisme semiclàssic, mitjançant la matriu densitat i dins de les aproximacions usuals d'ona rotant, envolupant suaument variant, ona plana i camp uniforme, i té en compte la majoria dels factors físics rellevants que juguen un paper en els processos d'amplificació i emissió làser. En particular, s'han tingut en compte tots setze nivells atòmics de l'estructura hiperfina de la línia D1, amb llurs corresponents moments dipolars elèctrics i taxes de relaxació. El model prediu correctament la posició i el perfil de les diferents ressonàncies amb guany multifotònic observades i la corresponent intensitat de l'emissió làser- i permet identificar-les i caracteritzar-les plenament, així com explicar el seu origen, determinant el grau de superposició o interacció entre elles. El model també és una eina per estudiar la dependència respecte dels diferents paràmetres físics, per explorar comportaments que són difícils d'atènyer experimentalment, com són els efectes d'interferència entre els diferents camins quàntics, i per estudiar la dinàmica de l'emissió làser. A més, considerant rangs de valors més amplis per als diferents paràmetres implicats, hem estat capaços d'estudiar processos multifotònics de major ordre amb prou detall com per fer prediccions per a eventuals futurs experiments. Per a la configuració (iii), s'ha adaptat el mateix model de la primera part, usant camps amb perfil gaussià i un esquema de polaritzacions diferent, per tal d'investigar les possibilitats d'obtenir transferència adiabàtica de població (Stirap) entre els diversos nivells de l'estructura hiperfina de la línia D1 del 39 K atòmic. Els processos multifotònics estudiats han estat: (1+1) Raman, (2+2) hiper-Raman i (n+n) hiper- Rayleigh. En tots ells s'ha establert la possibilitat de transferència de població amb les característiques d'alta eficiència, selectivitat i baixa població dels nivells intermedis, usant un esquema simple de tan sols dos polsos de llum seqüenciats en l'anomenat ordre contra-intuïtiu propi del Stirap. S'ha analitzat la no consecució d'eficiències que tendeixin al 100% en augmentar l'energia duta pels polsos, i s'ha establert un mecanisme per superar les causes d'aquesta no consecució basat en l'ús de dessintonies estàtiques, el qual duu a grans increments de l'eficiència. Finalment, s'ha dut a terme una anàlisi dels valors i vectors propis del Hamiltonià del sistema, la qual cosa ha permès caracteritzar les seqüències de transferències, tant diabàtiques com adiabàtiques, que determinen l'evolució temporal del sistema.