Observation of Optical Tristability in Sodium Vapors

Cecchi, Stefano; Giusfredi, G.; Petriella, E.; Salieri, P.

doi:10.1103/physrevlett.49.1928

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“…2: starting from the left up to point A, the polarization remains linear (nearly equal amount of circular polarized light on both photodiodes), then it becomes circular. This polarization switching was known to occur in Fabry-Perot cavities containing atomic vapors with degenerate sublevels in the ground state [9,10]. In the experiment the probe beam is nearly resonant with the 6S 1/2 , F=4 to 6P 3/2 , F=5 transition: in principle, all the 20 Zeeman sub-levels are involved in the interaction.…”

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confidence: 97%

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Polarization Squeezing with Cold Atoms

et al. 2003

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We study the interaction of a nearly resonant linearly polarized laser beam with a cloud of cold cesium atoms in a high finesse optical cavity. We show theoretically and experimentally that the cross-Kerr effect due to the saturation of the optical transition produces quadrature squeezing on both the mean field and the orthogonally polarized vacuum mode. An interpretation of this vacuum squeezing as polarization squeezing is given and a method for measuring quantum Stokes parameters for weak beams via a local oscillator is developed.PACS numbers: 42.50. Dv, 42.50.Lc, 03.67.Hk A great deal of attention has been recently given to the quantum features of the polarization states of the light, essentially because of their connections with quantum information technology. Several theoretical schemes to produce polarization squeezing using Kerr-like media have been proposed [1] and realized using optical fibers [2]. Other experimental realizations achieve polarization squeezing by mixing squeezed vacuum (generated by an OPO) with a strong coherent beam on a polarizing beam splitter [3] or mixing two independent quadrature squeezed beams (generated by an OPA) on a polarizing beam splitter [4]. Very recently it has been proposed to propagate a linearly polarized light beam through an atomic medium exhibiting self rotation to generate squeezed vacuum in the orthogonal polarization [5], which is equivalent to achieving polarization squeezing. In previous works [6] the interaction between a cloud of cold cesium atoms placed in a high finesse optical cavity and a circularly polarized laser beam nearly resonant with an atomic transition has been studied. Because of optical pumping, the atomic medium is conveniently modelled by an ensemble of two-level atoms. The saturation of the optical transition gives rise to an intensity-dependent refraction index. It is well known that the interaction of the light with a Kerr-like medium produces bistable behavior of the light transmitted by the cavity and that, at the turning point of the bistability curve, the quantum fluctuations of the light can be strongly modified and generate quadrature squeezing [7]. A noise reduction of 40% has thus been observed in our group [6]. In this paper we focus on the theoretical and experimental investigation of polarization squeezing via the interaction of a linearly polarized laser beam with cold cesium atoms. In this configuration, the two-level atom model is no longer applicable and the situation much more complicated. We describe the interaction between light and the atomic medium by means of an X-like four-level quantum model based on the linear input-output method. Our theoretical analysis shows clearly that competitive optical pumping may result in polarization switching, and polarization squeezing is predicted by the model [8]. In agreement with the model we observe quadrature squeezing in the probe laser mode and in the orthogonal vacuum mode. Experimentally, we obtain a polarization squeezing of 13% and we show for the first time that the ...

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confidence: 97%

“…The optical pumping is responsible for polarization switching and the general shape of the cavity resonance curve [see Fig. 2] is well understood within this theoretical frame [8,9,10]. Alternatively, the polarization switching threshold may be interpreted as a laser oscillation threshold for the mode orthogonal to the main polarization mode [8].…”

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confidence: 99%

Polarization Squeezing with Cold Atoms

et al. 2003

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“…Na seção III apresentamos o modelo teórico que prevê as condições para a existência de biestabilidade ótica em frequência e mostramos os resultados para a simulação numérica usando esse modelo. Mostramos, na quarta seção, que usando um filtro espectral com largura de linha suficientemente grande a biestabilidade ótica em frequência não se manifesta para os níveis de intensidade de realimentação disponíveis, como observado em [11]. São apresentadas, na seção V, as conclusões e perspectivas do presente trabalho.…”

Section: -Introduçãounclassified

“…Em nosso laboratório estudou-se a biestabilidade em frequência [11] usando realimentação ortogonal filtrada. O filtro sensível à frequência é colocado no caminho do feixe de retorno para modular a potência de realimentação, em função da frequência de emissão laser.…”

Section: -Introduçãounclassified

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Condições para biestabilidade em frequência de laser semicondutor sob realimentação ótica ortogonal

Alves¹,

Chevrollier²,

Silans³

et al. 2013

Proceeding Series of the Brazilian Society of Computational and Applied Mathematics

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Resumo Biestabilidade na frequência de emissão de um laser semicondutor sujeito a realimentação ótica com polarização ortogonal foi observada experimentalmente por Farias et al. em 2005. Um modelo de equações de taxa para esse sistema dinâmico, apresentado posteriormente por Masoller et al. em 2007, que leva em conta os efeitos térmicos e ganho de saturação, prevê uma variação linear da frequência do laser com a intensidade do campo de realimentação. Nesse trabalho, usando o mesmo modelo, estudamos o processo de biestabilidade ótica em frequência nesses sistemas com realimentação filtrada, determinando as condições espectrais do filtro de realimentação necessárias para o aparecimento de histerese que leva a biestabilidade.Palavras-chave Laser semicondutor, realimentação ótica, sistema dinâmico, biestabilidade em frequência, histerese. I -IntroduçãoRealimentação é o mecanismo pelo qual parte do sinal de saída de um sistema é transferida para a entrada deste mesmo sistema. A realimentação é um importante mecanismo de controle cujas aplicações se dão em várias áreas do conhecimento [1,2]. Cavidades óticas são sistemas físicos adaptados ao estudo da realimentação, onde a biestabilidade é um dos comportamentos mais importantes derivado da realimentação em sistemas não-lineares [3]. A biestabilidade em cavidades óticas [4] tem sido observada quando ambas as respostas dispersiva [5] e absorsiva [6] do meio não linear são exploradas.Lasers semicondutores são também largamente usados para estudos de resposta dinâmica da radiação emitida quando estes sistemas não-lineares estão na presença de realimentação [7,8]. Como conseqüên-cia, lasers de diodo (DL) têm sido utilizados, por exemplo, para investigar biestabilidade em potência [9] e em polarização [10].Em nosso laboratório estudou-se a biestabilidade em frequência [11] usando realimentação ortogonal filtrada. O filtro sensível à frequência é colocado no caminho do feixe de retorno para modular a potência de realimentação, em função da frequência de emissão laser. Foram observadas então duas frequências de emissão para uma mesma potência de saída (as variações de amplitude são menores que 1%).Biestabilidade em amplitude apresenta potenciais aplicações em portas lógicas do tipo 'tudo óptico' e em computação óptica, além de outras aplicações. A biestabilidade na frequência abre caminho para aplicações onde a informação digital pode ser realizada com um nível de intensidade constante, porém entre dois estados de frequências diferentes. As observações de biestabilidade em frequência foram descritas [12] em termos de um modelo que leva em conta a forma de linha do filtro e a relação linear do deslocamento em frequência induzido com a potên-cia de realimentação. Contudo, uma descrição detalhada da resposta espectral do filtro ainda não foi realizada, de forma a determinar sob quais condições podemos observar biestabilidade na frequência ótica.Neste trabalho, usando um modelo para as equações de taxa de lasers semicondutores [12] e levando em conta a largura de linha e acopla...

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Licht steuert Licht — Photonik

Mitschke

1990

Phys. Bl.

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Lichtstrahlen kiirirzeri diirch Vennittliiiig cines niclztliriearen Materials iri verschiedetier Weise rniteiriaririer wecliselwirken. Daraiis ergibt sich die Perspektive fiir eirie aiif der Optik basiereride Teclirrologie der Verurbeitiriig iind Ubermittliirig vori Daten, fiir die sich die Bezeichriiirig ,,Photonik" diirchsetzt. At1 korikreteri Beispieleri werrlerz nktiielle Etztwicklwigetz in der Pliotonik illiistriert. Plrotorrikdiescs Schlagwort ist in den letzten Jahren zunehmend hiiufiger zu horen. Sein Klang IaOt Elektronik assoziieren, und so ist es auch gemeint: es geht urn die Darstellung, Verarbeitung, Ubcrmittlung und Speicherung von Informationennur sollen eben Plioforieri, nicht Elektroneri, die entscheidende Rolle spielen. Seit Jahren gibt cs in dieseni Bereich vielfaltige Aktivitaten, und es wiirc gar nicht moglich, auch nur anniihernd alle aufzuziihlen. Einem Physiker fallt aber auf, daR es eine Art Leitmotiv gibt, das sich durch das gesamte Gebict hindurchzieht und sich auf cine Formel bringen *: Priv.-Doz. Dr. Fedor M . Mitsclikc,. Iri>iitirt fiir Quurrterioptik tler Uriiversitfit Huriiiover. Welferigarteii I , 3UUU Hoririover I . Photoriik drtmuls 111itl heiite: 1880 wollte A/cxctnder Grnhurii Bell init derii ., l ' l i~~~u p l i~r r i '* Sl>ruclre optisrli iibertrngeri (liriks). Eirifulferides Sonneriliclit witrrle uii cirier cliircli Scliull bewegieri Mer?ibrari r~ioduliert; rnit Selerizelle irrid Kopfliiirer koririte dos Sigrid enipfuiigerz werden. Heute iiberiieknzeri Laser, iiichr die Soiirie, die Rolle tlcr Liclitc~~relle bci cler Verurbeitirrlg itrid U l~e r r i~i t t l i~~i g vori Dateri init Licllt. Hier irw Bild (reclits) wird eirz histabiles Iriterfererizfilter iiritersiiclit, ~velclies n1. y optisch gesteiierrer Licht-Sclialter fiirigiereri kciriri. Die Aiifiialimc eritstarid irn Itrstitut Jiir Qtrunter~opiik in H~izriover (F. Mitsclike). (Das Foto liriks is/ eritnoinrneii niis ,.Ari~vc~ritlitnger~ rles Lnsers", Spektrtrrn der Wis.semcliaft. Reihe ,, Verstaiidlic/ie Forschiing".)

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Observation of Optical Tristability in Sodium Vapors

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Polarization Squeezing with Cold Atoms

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Condições para biestabilidade em frequência de laser semicondutor sob realimentação ótica ortogonal

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