Optical parametric oscillator based on a degenerate four wave mixing process in atoms

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Lourenço, Pedro Enrique Piñeros
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
átomos de rubídio
four wave mixing
informação quântica
mistura de quatro ondas
optical parametric oscillator
oscilador paramétrico óptico
ótica quântica
quantum information
quantum optics
rubidium atoms
Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-30092025-145102/
Resumo: We have implemented the degenerate version of an optical parametric oscillator (OPO) based on hot Rubidium atoms. Here we present the characterization of the output power as a function of the input power. From this characterization, we observed a soft transition between below and above threshold oscillation for situations in which the OPO cavity finesse is small. Furthermore, we show quadrature noise measurements performed by resonator detection of the beam produced on the OPO. Moreover, we studied near and below threshold regime through homodyne detection to analyze noise compression and Gaussian statistics of the photocurrent. Our results show that in the degenerate operation above threshold we obtained excess in amplitude and phase quadratures. On the other hand, we measured 6% of noise compression in phase quadrature below threshold. We discuss some sources of excess noise that affect the system, and we explore strategies to mitigate this noise. In general, the finesse of the OPO cavity allows us to observe the atomic contribution to the output noise spectrum. Also, they do not reveal evidence of sidebands entanglement or non-Gaussian features. However, we outline a pathway toward the improvement of the degenerate atomic OPO for direct generation of squeezed states, with potential applications for quantum sensing.
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spelling Optical parametric oscillator based on a degenerate four wave mixing process in atomsOscilador paramétrico óptico baseado em um processo degenerado de mistura de quatro ondas em átomosátomos de rubídiofour wave mixinginformação quânticamistura de quatro ondasoptical parametric oscillatoroscilador paramétrico ópticoótica quânticaquantum informationquantum opticsrubidium atomsWe have implemented the degenerate version of an optical parametric oscillator (OPO) based on hot Rubidium atoms. Here we present the characterization of the output power as a function of the input power. From this characterization, we observed a soft transition between below and above threshold oscillation for situations in which the OPO cavity finesse is small. Furthermore, we show quadrature noise measurements performed by resonator detection of the beam produced on the OPO. Moreover, we studied near and below threshold regime through homodyne detection to analyze noise compression and Gaussian statistics of the photocurrent. Our results show that in the degenerate operation above threshold we obtained excess in amplitude and phase quadratures. On the other hand, we measured 6% of noise compression in phase quadrature below threshold. We discuss some sources of excess noise that affect the system, and we explore strategies to mitigate this noise. In general, the finesse of the OPO cavity allows us to observe the atomic contribution to the output noise spectrum. Also, they do not reveal evidence of sidebands entanglement or non-Gaussian features. However, we outline a pathway toward the improvement of the degenerate atomic OPO for direct generation of squeezed states, with potential applications for quantum sensing.Implementamos a versão degenerada de um oscilador paramétrico óptico (OPO) baseado em átomos de Rubídio quente. Apresentamos a caracterização da potência de saída em função da potência de entrada. A partir desta caracterização, observamos uma transição suave entre a oscilação abaixo e acima do limiar, em situações em que a finesse da cavidade do OPO é baixa. Além disso, mostramos medidas de ruído de quadratura realizadas por detecção ressonante do feixe produzido no OPO. Estudamos também os regimes próximo e abaixo do limiar por meio de detecção homodina para analisar a compressão de ruído e a estatística Gaussiana da fotocorrente. Nossos resultados mostram que, na operação degenerada acima do limiar, obtivemos excesso de ruído nas quadraturas de amplitude e fase. Por outro lado, medimos uma compressão de ruído de 6% na quadratura de fase abaixo do limiar. Discutimos algumas fontes de ruído que afetam o sistema e exploramos estratégias para mitigar esse ruído. De modo geral, a finesse da cavidade do OPO permite observar a contribuição atômica ao espectro de ruído de saída. Além disso, não revelam evidências de emaranhamento entre bandas laterais nem de características não Gaussianas. No entanto, delineamos um caminho para o aprimoramento do OPO atômico degenerado para a geração direta de estados comprimidos, com aplicações potenciais em sensoriamento quântico.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPFlorez, Hans MarinMartinelli, MarceloLourenço, Pedro Enrique Piñeros2025-09-24info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-30092025-145102/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2025-09-30T20:15:02Zoai:teses.usp.br:tde-30092025-145102Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212025-09-30T20:15:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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Oscilador paramétrico óptico baseado em um processo degenerado de mistura de quatro ondas em átomos
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