Power-broadening-free correlation spectroscopy in cold atoms

Abstract

We report a detailed investigation on the properties of correlation spectra for cold atoms under the condition of Electromagnetically Induced Transparency (EIT). We describe the transition in the system from correlation to anti-correlation as the intensity of the fields increases. Such transition occurs for laser frequencies around the EIT resonance, which is characterized by a correlation peak. The transition point between correlation and anti-correlation is independent of power broadening and provides directly the ground-state coherence time. We introduce a method to extract in real time the correlation spectra of the system. The experiments were done in two distinct magnetooptical traps (MOT), one for cesium and the other for rubidium atoms, employing different detection schemes. A simplified theory is introduced assuming three-level atoms in Λ configuration interacting with a laser with stochastic phase fluctuations, providing a good agreement with the experimental observations.

Espectroscopia de correlação em condição de transparência eletromagneticamente induzida: regime dinâmico e ressonâncias das bandas laterais em átomos frios

“…Após a montagem do sistema de captura de imagem para medir a temperatura da nuvem e das primeiras espectroscopias de estados vestidos da nuvem, em 2010 tive a oportunidade de começar a montagem para obter EIT na nuvem deátomos frios. Em 2013 fomos os primeiros a fazer uma ampla análise espectroscópica da correlação em condição de EIT emátomos frios [43,44], em colaboração com o grupo de física deátomos frios da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE). Nesta interface empregamos um laser de diodo para gerar dois feixes que interagem em condição de EIT com uma nuvem deátomos frios numa MOT (ver figura 5).…”

“…Junto com este modelo, e com o trabalho feito na ref. [44], mostramos que a espectroscopia de correlação pode ser uma nova técnica para medir a largura intrínseca de EIT, a qual está diretamente relacionada com a taxa de decoerência entre os níveis fundamentais. No entanto, no domínio das frequências, não temos um modelo análogo ao modelo heurístico, que permita fazer tal mapeamento entre C(ω) e as propriedades de absorção e dispersão atômica.…”

“…Neste trabalho apresentarei os principais e mais recentes resultados sobre o estudo de interface de EIT emátomos frios obtidos ao longo deste período do meu doutorado. Um dos objetivos dessa pesquisa foi o estudo teórico e experimental da correlação de intensidade entre dois campos interagindo em condição de EIT com uma amostra deátomos frios, dando continuidade assimàs experiências já em andamento no laboratório [44].…”

“…Como parte da descrição teórica deste tipo de sistemas, apresentarei um tratamento perturbativo para determinar a correlação de intensidade dos campos induzida pelo meio atômico. Esta proposta, a primeira no domínio das frequências, se mostra compatível com o método de cálculo de Itô empregado nas referências [16,44], que descrevem satisfatori-xiii amente as propriedades da correlação. Mostraremos as principais características do modelo perturbativo, que permite associar diretamente a correlação com as propriedades de absorção e dispersão dosátomos, em contraposição ao modelo de Itô adotado em [16,44], o qual não permite fazer esse tipo de descrição.…”

“…Esta proposta, a primeira no domínio das frequências, se mostra compatível com o método de cálculo de Itô empregado nas referências [16,44], que descrevem satisfatori-xiii amente as propriedades da correlação. Mostraremos as principais características do modelo perturbativo, que permite associar diretamente a correlação com as propriedades de absorção e dispersão dosátomos, em contraposição ao modelo de Itô adotado em [16,44], o qual não permite fazer esse tipo de descrição. Grandes esforços foram feitos para obter uma expressão analítica que permitisse mapear os parâmetros atômicos e a correlação de intensidade no domínio do tempo.…”