Localization versus subradiance in three-dimensional scattering of light

• Main Author: Moreira, Noel Araujo
• Other Authors: Bachelard, Romain Pierre Marcel
• Format: Others
• Language: en
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2019
• Subjects: Dipole-dipole interaction; Espalhamento de luz; Interação dipolo-dipolo; Light Scattering; Localização; Localization; Phase Transition; Transição de fase
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-30092019-135237/

A blue sky, a white cloud or a red sunset are explained by classical multiple scattering theory of light. However, these phenomena neglect interference occurrence. Once it is taken into account, interference in a disordered medium may actually put a halt to the propagation of light, an effect known as Anderson Localization. Until now, experimental reports of Anderson Localization of light in 3D systems have not been conclusive. Our goal is to understand what are the underlying obstacles, and look for new insights from a theoretical point of view. In this dissertation, the properties of a cloud of two-level atoms scattering light are investigated. The dipole-dipole interaction generates collective modes, some of them, being localized. We found that finite-size effects dominate the lifetime of the localized modes, specifically by the ratio of localization length to their distance to the system boundaries. Localized modes saturates at maximum of 20% even above phase transition. Studying the steady-state regime, the coupling between localized modes and light is weak. Both results agrees with the difficulty of experimental evidence of light localization and promote the link of experiments and theory. === Um céu azul, uma nuvem branca ou um por do sol vermelho são explicados pela teoria clássica de espalhamento múltiplo da luz. No entanto, esses fenômenos negligenciam a ocorrência de interferências. Uma vez levada em conta, a interferência em um meio desordenado pode interromper a propagação da luz, um efeito conhecido como Localização de Anderson. Até agora, relatos experimentais de Anderson Localização de luz em sistemas 3D não foram conclusivos. Nosso objetivo é entender quais são os obstáculos fundamentais, e buscar novos insights do ponto de vista teórico. Nesta dissertação, as propriedades de uma nuvem de átomos de dois níveis espalhando luz de é investigado. A interação dipolo-dipolo gera modos coletivos, alguns deles, sendo localizados. Descobrimos que os efeitos de tamanho finito dominam o tempo de vida dos modos localizados, especificamente pela razão entre o comprimento da localização e sua distância até os limites do sistema. Os modos localizados saturam no máximo 20%, mesmo acima da transição de fase. Estudando o regime de estado estacionário, o acoplamento entre modos localizados e luz é fraco. Ambos os resultados concordam com a dificuldade da evidência experimental da localização da luz e promovem a ligação entre experimentos e teoria.