Interação paramétrica de feixes Gaussianos parcialmente coerentes com Twist

Abstract

A conversão paramétrica descendente estimulada ( StimPDC) é um processo não-linear de mistura de três ondas. Entre os feixes envolvidos, tem-se que o feixe está herdado como características dos outros 2 feixes, aqui bomba e sinal. Ao nível quântico, o processo se dá por uma bomba de fótons que correlaciona os dois outros fótons do processo num contínuo de possibilidades. Dentre as diferenças dos processos espontâneos e estimulados, uma de extrema importância é a coerência do feixe marcado. Um método apresenta ser uma fonte incoerente enquanto o outro apresenta ser uma fonte consistente. Assim, a combinação de ambos pode oferecer uma fonte parcialmente consistente. Fontes parcialmente consistentes podem ser descritas pela função espectral cruzada. Em particular, temos interesse por uma classe destas fontes para as quais a coerência espacial depende apenas da distância entre dois pontos. Este trabalho combina descrições de óptica não-linear, com abordagem principal em feixes parcialmente coerentes por meio de investigação teórica e experimental. Nestas teses são apresentadas regras de seleção modal no StimPDC que vão além da tradicional conservação de momento angular orbital. Também explora-se a capacidade do processo não-linear atuar como modulador de feixes, tanto de amplitude quanto de fase. Com relação aos feixes parcialmente coerentes, esta tese contribui na avaliação e geração de feixes parcialmente coerentes do modelo de Schell com fase de torção (TGSM). Atualmente, os feixes TGSM são gerados a partir de vídeos holográficos que aplicam fases examinadas em feixes de laser de forma consistente. É mostrado haver presença de ruído consistente proveniente deste método de soma modal incoerente, assim como é mostrado ajustes para melhor estabelecer a quantificação do comprimento de coerência. No processo não-linear, é demonstrada a conjugação de fase dos feixes parcialmente coerentes, contribuindo para aplicações de feixes com baixo comprimento de coerência em protocolos de comunicação. Métodos de geração de feixes de coerência parcial também são propostos usando fontes de StimPDC. Por fim, um parâmetro de controle, ou seja, comprimento coerente épsilon, de visibilidade em função da coerência espacial é proposto.

Abstract: Stimulated parametric down-conversion is a three-wave mixing nonlinear process. In this process, the idler beam actively inherits the characteristics of the other two beams, known as pump and seed. A pump photon transfers correlation to the other two photons at the quantum level in a continuum of possibilities. A difference between spontaneous and stimulated processes is the coherence of the measured beam, with one method acting as an incoherent source and the other as a coherent source. Partially coherent sources are described by the cross-spectral density, having a class of sources whose characteristic is the dependence on spatial coherence given only by the difference between two points. This work combines descriptions of nonlinear optics with a principal approach to partially coherent beams through theoretical and experimental investigation. This thesis presents modal selection rules in StimPDC that go beyond the traditional conservation of orbital angular momentum. It also explores the ability of the nonlinear process to act as a beam modulator of both amplitude and phase. Involving partially coherent beams, this thesis strives to contribute to better evaluating and generating TGSM beams. Currently, the method used to synthesize the TGSM beams uses holographic videos that apply random phases to laser beams. We have shown that there is consistent noise arising from this incoherent modal summation method. We applied adjustments to establish a better quantification of the coherence length. We demonstrate the phase conjugation of partially coherent beams in the StimPDC, contributing to applications of beams with low coherence length in communication protocols. We propose to use StimPDC as a source to generate partial coherence beams controlled by the intensity of stimulation. Finally, we propose a parameter, e?coherent length, for visibility control as a function of the transversal spatial coherence.