Spatial adiabatic passage: light, sound and matter waves
- Autores: Ricard Menchon Enrich
- Directores de la Tesis: Verónica Ahufinger (dir. tes.), Jordi Mompart (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2013
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ramón Corbalán (presid.), Víctor José Sánchez Morcillo (secret.), Eva Maria Graefe (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
El naixement de la Mecànica Quàntica va proporcionar el marc teòric que permetia poder explicar fenòmens prèviament observats experimentalment, com ara la radiació del cos negre, l'efecte fotoelèctric o les línies espectrals de gasos atòmics, i també va permetre entendre millor aspectes fonamentals relacionats amb la dualitat ona-partícula i la interacció entre radiació i matèria. La Mecànica Quàntica ha estat també l'origen de disciplines més específiques com l'Òptica Quàntica o la Informació Quàntica, les quals s’ocupen parcialment del que es coneix com Enginyeria Quàntica. En aquest context, s'han proposat processos de passatge adiabàtic, que consisteixen en el seguiment adiabàtic d'un estat propi del sistema, i que permeten un control molt robust i eficient de la transferència de població entre dos estats assimptòtics. Com molts altres processos en Mecànica Quàntica, els processos de passatge adiabàtic són purament oscil•latoris i poden ser considerats en altres sistemes físics no quàntics que suportin quantitats oscil•lants. En aquesta tesi, s'analitzen processos de passatge adiabàtic en diferents sistemes físics per a controlar la propagació de llum, so i ones de matèria en sistemes de guies acoblades, i la transferència d'àtoms freds individuals en trampes de potencial harmòniques. Adicionalment, utilitzem la robustesa i l'alta eficiència del passatge adiabàtic per proposar nous dispositius i discutir noves implementacions en aquests diversos camps. Específicament, demostrem experimentalment el passatge espacial adiabàtic de llum en un sistema de tres guies TIR d'òxid de silici compatibles-CMOS acoblades mitjançant el camp evanescent, que consisteix en una transferència completa d'intensitat de llum entre les guies externes del sistema. L'avantatge d'usar el passatge espacial adiabàtic respecte els acobladors direccionals estàndard és que la transferència de llum és robusta enfront de fluctuacions tecnològiques i no depèn de valors precisos dels paràmetres. Aquest és el primer dispositiu de passatge espacial adiabàtic per llum fabricat amb tecnologia compatible-CMOS, el que permet una integració massiva i de baix cost. A més, també demostrem experimentalment que aquest sistema de guies es comporta simultàniament com a filtre passa alts i passa baixos, amb unes característiques que el fan una alternativa a altres tipus de filtres integrables com filtres basats en interferència o en absorció. Adicionalment, adrecem el passatge espacial adiabàtic d'ones sonores en sistemes de dos defectes lineals acoblats en cristalls sònics. Calculant els diagrames de bandes per analitzar els supermodes del sistema disponibles i modificant apropiadament la geometria dels defectes lineals al llarg de la propagació, dissenyem dispositius que funcionen com a divisors i acobladors adiabàtics mutifreqüència i com a analitzadors de diferència de fase. També, proposem un mètode per injectar, extreure i filtrar en velocitat àtoms neutres en trampes en forma d'anell mitjançant el passatge espacial adiabàtic utilitzant dues guies addicionals. La proposta es basa en el seguiment adiabàtic d’un estat propi transversal del sistema. Realitzem càlculs semianalítics que encaixen perfectament amb els resultats de simulacions numèriques de l'equació de Schrödinger. També mostrem que la nostra proposta podria ser implementada experimentalment utilitzant paràmetres realistes d'àtoms ultrafreds en potencials òptics dipolars. Finalment, estudiem el passatge adiabàtic d'un àtom fred individual en un triple pou de potencial bidimensional, anant més enllà dels sistemes coneguts, que són de manera efectiva unidimensionals i estudiant les possibilitats que sorgeixen dels graus de llibertat addicionals. D'una banda, un sistema de tres pous de potencial amb les trampes en una geometria triangular es proposa per a interferometria d'ones de matèria, aprofitant un creuament de nivells que apareix en l'espectre d'energia. D'altra banda, es genera moment angular satisfactòriament en una configuració similar on les trampes tenen freqüències d'atrapament diferents, seguint simultàniament dos estats propis del sistema.
