Dans une onde electromagnetique inhomogene, l'effet Stark dynamique agit comme un potentiel sur le mouvement externe d'un atome. Ceci a ete demontre par la reflexion speculaire d'atomes : un jet supersonique d'atomes metastables de neon est reflechi (a incidence rasante) par une surface, sur laquelle est excitee une onde evanescente quasi-resonante avec une transition optique. L'onde evanescente est produite, soit par l'excitation d'un plasmon de surface dans la configuration de Kretschmann, soit en couplant un laser avec un guide d'onde dielectrique. Les deux techniques permettent la reflexion d'atomes ayant des vitesses transverses inferieures a 4. 2 m/s. Cette etude est elargie au cas d'une onde evanescente partiellement stationnaire. Elle fait apparaitre des resonances multiphotoniques dans le potentiel optique (resonances dopplerons). Ce phenomene est explique par un modele theorique base sur la resolution des equations de Bloch optiques. Une approche de type atome habille est aussi en bon accord avec les observations. Finalement, une etude prospective est menee sur le caractere ondulatoire de l'atome dans ce dispositif d'optique atomique. La multiplicite Zeeman de l'etat metastable reflechi par l'onde evanescente permet, en principe, une investigation experimentale de l'interaction de surface de type Van Der Waals. Une methode interferometrique, permettant la mesure de cette phase atomique, est enfin discutee.
Dans une onde electromagnetique inhomogene, l'effet Stark dynamique agit comme un potentiel sur le mouvement externe d'un atome. Ceci a ete demontre par la reflexion speculaire d'atomes : un jet supersonique d'atomes metastables de neon est reflechi (a incidence rasante) par une surface, sur laquelle est excitee une onde evanescente quasi-resonante avec une transition optique. L'onde evanescente est produite, soit par l'excitation d'un plasmon de surface dans la configuration de Kretschmann, soit en couplant un laser avec un guide d'onde dielectrique. Les deux techniques permettent la reflexion d'atomes ayant des vitesses transverses inferieures a 4. 2 m/s. Cette etude est elargie au cas d'une onde evanescente partiellement stationnaire. Elle fait apparaitre des resonances multiphotoniques dans le potentiel optique (resonances dopplerons). Ce phenomene est explique par un modele theorique base sur la resolution des equations de Bloch optiques. Une approche de type atome habille est aussi en bon accord avec les observations. Finalement, une etude prospective est menee sur le caractere ondulatoire de l'atome dans ce dispositif d'optique atomique. La multiplicite Zeeman de l'etat metastable reflechi par l'onde evanescente permet, en principe, une investigation experimentale de l'interaction de surface de type Van Der Waals. Une methode interferometrique, permettant la mesure de cette phase atomique, est enfin discutee.
Les ondes optiques sont couramment utilisees en interferometrie atomique : les transferts d'impulsion du rayonnement aux atomes permettent de manipuler ces derniers de diverses manieres. Ce travail est consacre a l'etude de l'interaction d'atomes neutres metastables avec des champs optiques evanescents. Nous avons tout d'abord considere le cas d'une onde evanescente stationnaire exaltee a la surface d'un prisme. La technique d'exaltation utilisee ici est l'excitation d'un plasmon de surface dans la configuration de kretschmann. Nous avons ainsi montre que sous incidence rasante et en adoptant une geometrie adequate on pouvait reduire le decalage doppler. Le reseau de phase optique que constitue l'onde evanescente stationnaire permet alors de diffracter de facon efficace un jet supersonique d'atomes de neon metastables. Ce dispositif peut jouer le role d'une separatrice en interferometrie atomique. Le taux de diffraction que nous avons observe, comparable en fait au taux de reflexion, est de loin superieur aux previsions theoriques du modele de l'atome a deux niveaux. Une explication avait deja ete avancee pour une observation de meme type, montrant que la structure zeeman pouvait jouer un role crucial dans le mecanisme de la diffraction. Dans notre cas, cette explication se revele insuffisante, ce qui nous a conduit a examiner le detail de ces modeles pour proposer de nouvelles voies d'investigation. Parallelement a ce travail nous avons envisage l'utilisation du potentiel optique cree par l'onde evanescente entourant une fibre optique etiree. Une etude theorique de l'interaction d'un faisceau d'atomes supersoniques avec cette onde evanescente est presentee. Cette etude montre la possibilite de realiser un interferometre atomique a bras separes, dont l'analogue optique est le biprisme de fresnel. Nous decrivons la source laser asservie en frequence que nous avons realisee, avant de presenter nos resultats experimentaux preliminaires.
Dans ce mémoire, nous présentons une étude à haute résolution de la spécularité d'un miroir atomique à onde évanescente. Pour cette étude, nous avons utilisé des transitions Raman sélectives en vitesse. Ces transitions sont doublement exploitées. On réalise d'une part, à l'aide de ces transitions, une sélection en vitesse sur le nuage issu d'un piège magnéto-optique. Cette sélection permet de collimater spatialement l'onde atomique incidente sur le miroir afin d'avoir une bonne résolution dans l'étude de la spécularité. A l'aide des transitions Raman, on sonde finement d'autre part la distribution en vitesse des atomes après le rebond. La mise en place expérimentale de ces transitions est d'abord décrite. On utilise des impulsions de type Blackman. Avec ce dispositif,une mesure de la spécularité d'un miroir atomique à onde évanescente est ensuite réalisée. Le rebond observé est compatible avec une réflexion spéculaire, à condition de choisir une onde évanescente suffisamment désaccordée par rapport à la transition atomique. Nous avons donné une limite supérieure de l'incertitude sur la mesure de la rugosité. Nous présentons également la mise en place d'une détection optique d'atomes froids induisant peu d'émission spontanée sur les atomes. Cette détection consiste à mesurer la phase induite par un échantillon d'atomes sur un faisceau laser en utilisant les techniques de spectroscopie par modulation de phase. Au cours de la détection, 80% des atomes n'absorbent aucun photon.
Ce travail porte sur l'interaction dipolaire d'atomes neutres avec un rayonnement électromagnétique structuré sur une échelle plus petite que la longueur d'onde de la lumière. Ces champs optiques sont obtenus par interaction d'une onde évanescente de Fresnel avec des nanostructures diélectriques à haut indice de réfraction déposées à la surface d'un prisme. Deux thèmes sont abordés. Le premier concerne l'étude, d'un point de vue théorique, d'une expérience de diffraction d'atomes neutres par un miroir atomique nanostructuré. La modulation du potentiel provient de l'interaction de l'onde évanescente avec un réseau matériel périodique sub-longueur d'onde. Dans un premier temps, les spécificités de cette méthode de diffraction sont dégagées par un calcul analytique reposant sur plusieurs approximations concernant la structure du champ optique et la structure interne atomique. Elle est ensuite complétée d'une étude numérique qui permet de prendre en compte toute la complexité du problème. Le deuxième thème est une étude du comportement en champ proche de cavités résonantes constituées d'ensembles d'anneaux diélectriques couplés. Ces nanostructures, adressées par un faisceau gaussien évanescent, amplifient à la résonance l'intensité et le gradient du champ électrique d'un facteur de plusieurs centaines. L'objectif est de trouver une configuration permettant la concentration ou la focalisation transversale d'un faisceau d'atomes en vue d'applications en nanolithographie. Cette étude est effectuée en couplant une méthode ab-initio permettant un calcul précis du champ rayonné dans tout l'espace à un modèle analytique simplifié décrivant le comportement modal de ces structures en fonction de leurs caractéristiques géométriques.
Ce manuscrit présente les travaux que j'ai effectués au Laboratoire de Physique Théorique durant ma thèse. Ils portent sur l'interaction d'ondes de matière avec des réseaux optiques modulables en temps et en espace. L'utilisation de ces réseaux a permis de contrôler de manière cohérente les propriétés dynamiques d'un gaz d 'atomes ultra-froids. Cette étude théorique a été réalisée en collaboration avec le groupe Atomes Froids du Laboratoire LCAR. Les variations spatiales de l'enveloppe d u réseau créent, localement, des gaps spatiaux créant une cavité de Bragg pour onde de matière, dont nous avons étudié en détail les propriétés et qui a fait l'objet d'une réalisation expérimentale impliquant la propagation d'un condensat de Bose-Einstein de rubidium 85 dans un guide d'onde. Nous avons également étudié la propagation d'un nuage d 'atomes dans un réseau bichromatique qui permet de réaliser un simulateur quantique du modèle de Harper. Le spectre du hamiltonien de ce système a une dimension fractale pouvant être caractérisée nu mériquement. Nous avons montré, par ailleurs, qu'il est possible d'exploiter les interactions inter-atomiques répulsives d'un condensat de Bose-Einstein afin d'amplifier les corrélations position-vitesse lors de sa pro pagation dans un guide. Notre étude montre qu'une mesure des grandeurs dynamiques locales du nuage atomique permet de sonder expérimentalement les résonances d'un potentiel optique jusqu'à l'échelle du picoKelvin. Enfin, un nuage d'atomes en interaction attractive admet une solution d'équilibre : le soliton. Nous avons démontré, numériquement, que celui-ci peut être utilisé pour sonder des états liés d'un poten tiel de taille finie, en peuplant ces états lors d'une expérience de diffusion comme, par exemple, des états de surface.
Ce manuscrit présente les travaux que j'ai effectués au Laboratoire de Physique Théorique durant ma thèse. Ils portent sur l'interaction d'ondes de matière avec des réseaux optiques modulables en temps et en espace. L'utilisation de ces réseaux a permis de contrôler de manière cohérente les propriétés dynamiques d'un gaz d 'atomes ultra-froids. Cette étude théorique a été réalisée en collaboration avec le groupe Atomes Froids du Laboratoire LCAR. Les variations spatiales de l'enveloppe d u réseau créent, localement, des gaps spatiaux créant une cavité de Bragg pour onde de matière, dont nous avons étudié en détail les propriétés et qui a fait l'objet d'une réalisation expérimentale impliquant la propagation d'un condensat de Bose-Einstein de rubidium 85 dans un guide d'onde. Nous avons également étudié la propagation d'un nuage d 'atomes dans un réseau bichromatique qui permet de réaliser un simulateur quantique du modèle de Harper. Le spectre du hamiltonien de ce système a une dimension fractale pouvant être caractérisée nu mériquement. Nous avons montré, par ailleurs, qu'il est possible d'exploiter les interactions inter-atomiques répulsives d'un condensat de Bose-Einstein afin d'amplifier les corrélations position-vitesse lors de sa pro pagation dans un guide. Notre étude montre qu'une mesure des grandeurs dynamiques locales du nuage atomique permet de sonder expérimentalement les résonances d'un potentiel optique jusqu'à l'échelle du picoKelvin. Enfin, un nuage d'atomes en interaction attractive admet une solution d'équilibre : le soliton. Nous avons démontré, numériquement, que celui-ci peut être utilisé pour sonder des états liés d'un poten tiel de taille finie, en peuplant ces états lors d'une expérience de diffusion comme, par exemple, des états de surface.
Ce memoire presente de nouvelles approches experimentales et theoriques du refroidissement laser sub-recul par resonances noires. L'energie de recul est l'energie cinetique communiquee a un atome initialement immobile par l'absorption ou l'emission d'un seul photon. C'est une echelle importante dans le refroidissement d'atomes par laser, franchie pour la premiere fois en 1988, sur un jet d'helium metastable, grace a la methode des resonances noires selectives en vitesse. Ce travail porte sur les developpements de cette methode, d'une part dans le regime des temps longs, d'autre part a plusieurs dimensions. Le nouveau schema experimental repose sur la realisation d'un piege laser d'atomes d'helium metastables ultrafroids, a partir duquel on lache en chute libre le nuage d'atomes pieges, dont les vitesses autorisent des temps d'interaction accrus par deux ordres de grandeur. Les champs magnetiques ont ete compenses a un milligauss pres par des experiences d'effet hanle mecanique. Les premieres experiences effectuees avec le nouveau dispositif ont permis d'atteindre un quarantieme de l'energie de recul (100 nanokelvins) a une dimension. La limite du recul a deux dimensions a pu etre franchie pour la premiere fois (un vingtieme de l'energie du recul soit 200 nanokelvins). Sur le plan theorique, on a developpe un nouveau type de simulations monte-carlo quantiques beaucoup plus efficaces que la resolution des equations de bloch optiques. On a pu explorer ainsi le regime des temps longs. Ces simulations ont suggere une approche statistique completement nouvelle du probleme, basee sur les statistiques de levy recemment introduites pour etudier la diffusion anormale. Cette approche a permis de confirmer une conjecture predisant une decroissance de la temperature atteinte comme l'inverse du temps d'interaction. Elle fournit egalement des resultats analytiques nouveaux, par exemple sur la proportion d'atomes refroidis ou sur le role de la dimensionnalite