Le spectrometre infra rouge a absorption saturee du Laboratoire de Physique des Lasers de Villetaneuse permet d'obtenir une resolution d'environ 1kHz en utilisant des lasers CO2 ultra stables a 10 [micro]m. La resolution obtenue reste principalement limitee par le temps d'interaction coherente fini des molecules avec l'onde lumineuse. L'augmentation de ce temps necessite une section optique des molecules lentes. Cela se passe par l'utilisation de champs lasers plus faibles et par la diminution de la pression dans la cuve d'absorption. L'abaissement de ces deux parmetres entraine une forte diminution du signal detecte. Nous avons mis au point une methode de detection heterodyne qui nous permet d'atteindre pratiquement le bruit de photons pour une puissance laser inferieure a 1 [micro]W. A l'aide d'une modulation haute frequence, une demi largeur de 230 Hz pour une resonance de OsO4 a ete atteinte a 2 10[puissance -6] Torrs. Nous avons du detecter un signal de 10[puissance -14]W environ sur un faisceau de 3 10[puissance -8]W. L'adjonction d'une seconde modulation basse frequence assure l'elimination du bruit basse frequence residuel. En outre, elle permet d'observer la derivee seconde du signal de saturation ce qui s'accompagne d'un affinement spectaculaire de la raie (80 Hz pour la derivee seconde a 3 10[puissance -6 Torrs). Ce signal met en jeu les seules molecules lentes(=5 m/s) et constitue un progres d'un ordre de grandeur du pouvoir de resolution de l'instrument. Cette methode a permis de resoudre 7 composantes hyperfines d'une structure de 5 kHz d'une raie de SF6
Le spectrometre infra rouge a absorption saturee du Laboratoire de Physique des Lasers de Villetaneuse permet d'obtenir une resolution d'environ 1kHz en utilisant des lasers CO2 ultra stables a 10 [micro]m. La resolution obtenue reste principalement limitee par le temps d'interaction coherente fini des molecules avec l'onde lumineuse. L'augmentation de ce temps necessite une section optique des molecules lentes. Cela se passe par l'utilisation de champs lasers plus faibles et par la diminution de la pression dans la cuve d'absorption. L'abaissement de ces deux parmetres entraine une forte diminution du signal detecte. Nous avons mis au point une methode de detection heterodyne qui nous permet d'atteindre pratiquement le bruit de photons pour une puissance laser inferieure a 1 [micro]W. A l'aide d'une modulation haute frequence, une demi largeur de 230 Hz pour une resonance de OsO4 a ete atteinte a 2 10[puissance -6] Torrs. Nous avons du detecter un signal de 10[puissance -14]W environ sur un faisceau de 3 10[puissance -8]W. L'adjonction d'une seconde modulation basse frequence assure l'elimination du bruit basse frequence residuel. En outre, elle permet d'observer la derivee seconde du signal de saturation ce qui s'accompagne d'un affinement spectaculaire de la raie (80 Hz pour la derivee seconde a 3 10[puissance -6 Torrs). Ce signal met en jeu les seules molecules lentes(=5 m/s) et constitue un progres d'un ordre de grandeur du pouvoir de resolution de l'instrument. Cette methode a permis de resoudre 7 composantes hyperfines d'une structure de 5 kHz d'une raie de SF6
La sensibilité des expériences de spectroscopie avec des sources de lumière classiques est limitée, au mieux, par le bruit de photons des faisceaux. L'Oscillateur Paramétrique Optique (OPO) produit des faisceaux dont les fluctuations sont corrélées au niveau quantique. Leur utilisation en spectroscopie peut donc permettre de réduire le bruit de fond de la mesure en dessous de la limite quantique standard. La partie expérimentale de cette thèse consiste à observer le signal d'absorption de la transition 4S-5S du Potassium sur l'un des faisceaux jumeaux. La mesure est effectuée sur la différence entre l'intensité du faisceau signal et celle du faisceau complémentaire en balayant la fréquence du laser à semi-conducteur qui fournit le second photon de la transition. Pour un faisceau signal de 6 mW produit par un OPO continu et un faisceau du laser à semi conducteur de 20 mW, nous avons observé une absorption relative de 2.5x10^-7 sur une bande passante de 3 Hz. Ce très faible signal a été détecté avec un bruit de fond réduit de 35% par rapport à la limite quantique standard. Sur le plan théorique, nous avons approfondi le modèle décrivant les champs produits par génération paramétrique. Jusqu'à présent, les théories sur le fonctionnement de ces sources de lumière non classique étaient basées sur un modèle en onde plane. Nous avons affiné ce modèle en prenant en compte la structure gaussienne de la lumière. Dans un premier temps, nous avons analysé le fonctionnement multimode transverse de l'OPO. Puis, du point de vue de la réduction des fluctuations quantiques des champs, nous avons étudié les modifications des prédictions du modèle en onde plane, dues aux effets transverses.
Le travail décrit dans ce manuscrit porte sur l’élaboration d’une interface atome-champ originale pour un émetteur de la matière condensée : un système de demi-cavité composé d’un miroir et d’une lentille à forte ouverture numérique. Ce système permet de contrôler et en particulier d’augmenter le temps de vie d’un dipôle niché au sein d’un cristal situé au point focal de la lentille alors même que la distance entre l’atome et le miroir est très grande devant la longueur d’onde. Utiliser un tel système permet aussi d’obtenir une interaction forte entre un champ résonant fortement focalisé et l’atome. Pour cet objectif, les centres colorés du diamant sont des atomes artificiels de choix car ils présentent des propriétés de photoluminescence exceptionnelles. Une grande partie du travail effectué durant cette thèse a été dédiée à l’élaboration d’une plateforme expérimentale permettant d’étudier les propriétés de photoluminescence dans le domaine visible de systèmes de la matière condensée à température cryogénique afin de trouver les émetteurs adéquats pour réaliser cette interface. Nous avons caractérisé de nouveaux échantillons dans le cadre de collaborations avec des laboratoires spécialisés dans la croissance du diamant, en particulier des nanodiamants contenant des centres SiV- et GeV- aux propriétés optiques prometteuses. La photoluminescence de pointes en diamant nanométriques contenant des centres SiV- a été particulièrement étudiée. Un effet de photochromisme a été observé et nous a permis de mesurer la largeur de raie homogène d’un ensemble de centres SiV- élargi inhomogènement. Cette largeur se rapproche de la limite radiative. Nous donnons une explication de ce phénomène de photochromisme corroborée par différentes mesures. Enfin, des expériences préliminaires ont été réalisées en demi-cavité. Nous montrons comment la modification du temps de vie peut être mesurée en présence d’élargissement inhomogène en utilisant un second interféromètre en aval de la demi-cavité.
Cette thèse s'inscrit dans un projet visant à réaliser un étalon de fréquence optique à ion unique de calcium confiné dans un piège de Paul. Après avoir passé en revue les différents types d'étalons de fréquence dans le domaine optique actuellement développés (atomes neutres en piège magnéto-optique, atomes neutres dans un réseau optique et ions piégés), l'accent est mis sur le concept d'horloge a ion unique confiné dans une piège radiofréquence. Les notions de piégeage des ions, de refroidissement laser, d'effet systématique et les techniques d'asservissement laser y sont étudiées en détail. Les aspect expérimentaux sont ensuite présentés, en insistant particulièrement sur les deux pièges utilisés au cours des expériences ainsi que sur le protocole expérimental qui détermine le cahier des charges du laser d'horloge. Afin de réaliser un étalon de fréquence optique il faut posséder une source laser dont les propriétés spectrales soient meilleures ou identiques à celle de la transition atomique afin de tirer pleinement profit du facteur de qualité de la transition atomique. L'ensemble des systèmes d'asservissement du laser, lui permettant d'atteindre ces performances, sont décrits. Dans une première partie, l'asservissement du laser sur une cavité Invar de pré-stabilisation est présenté. On peut ainsi atteindre une largeur de raie du laser de l'ordre de 1 kHz. Dans une seconde partie la réalisation et le montage de l'asservissement sur une cavité ULE de haute finesse est détaillé. En utilisant ce dernier étage nous avons estimé la largeur de raie du laser à 120 mHz. Enfin le dernier chapitre est consacré à l'utilisation d'une technique d'optique adaptative afin d'améliorer la qualité des faisceaux laser et ainsi réduire le bruit de fond du système de détection des ions, qui a pour conséquence de dégrader la stabilité du système.
Le sujet de cette these est l'etude de la saturation selective d'etats excitoniques dans des structures a multi-puits quantiques en arseniure de gallium. Nous avons utilise, pour nos experiences, la technique de spectroscopie femtoseconde pompe-test ou une impulsion lumineuse excitatrice perturbe l'echantillon dont l'etat est teste par une seconde impulsion. La premiere partie de la these presente le laser titane:saphir femtoseconde que nous avons realise. Cette source dont la longueur d'onde d'emission se situe dans l'infra-rouge proche est bien adaptee a l'etude du bord d'absorption de certains semi-conducteurs tels que le gaas. Cependant, le taux de repetition eleve de cet oscillateur provoque des effets thermiques indesirables. Nous avons ainsi ete amenes a utiliser aussi une chaine laser fonctionnant a plus faible taux de repetition. L'excitation resonante d'etats excitoniques engendre plusieurs phenomenes tels que l'effet stark optique et la saturation d'etats auxquels viennent s'ajouter des effets de coherence. Nos experiences ont porte sur l'etude d'une raie d'absorption excitonique elargie de maniere inhomogene dans laquelle le faisceau de pompe peut, suivant sa longueur d'onde, exciter preferentiellement certains etats excitoniques. Dans certains cas, le signal est domine par les effets de coherence et nous avons montre qu'il depend alors de la forme du champ test utilise, contrairement a l'interpretation classique des experiences pompe-test. Pour interpreter chaque spectre d'absorption differentielle il faut pouvoir separer les differents effets. Nous avons, dans ce but, modelise le spectre d'absorption excitonique comme l'absorption d'un ensemble de systemes a deux niveaux independants. Puis, l'interaction de tels systemes avec une onde electromagnetique est calculee a l'aide du formalisme de l'operateur densite. Notre modele relativement simple permet d'expliquer les spectres experimentaux pour des excitations sur le cote basse energie de l'exciton ou les particules peuvent etre localisees
Dans cette thèse, nous utilisons les propriétés spectrales remarquables des cristaux dopés aux ions de terre rare pour effectuer des opérations de transformation de Fourier temps-fréquence. Nous présentons ainsi la première démonstration expérimentale de traitement cohérent de signaux radiofréquences (RF) sur une large bande. Notre système utilise une séquence d'excitation à base d'impulsions balayées en fréquence, dérivée du processus d'écho de photons. Par cet algorithme, le spectre du signal RF à analyser est projeté dans le temps. Expérimentalement, nous avons relevé d'excellentes performances dans un cristal de Er:YSO, utilisant une transition optique dans la fenêtre télécom. En effet, la bande passante instantanée atteint 1,5 GHz, avec 24 000 canaux spectraux d'analyse. La résolution peut quant à elle descendre à 50 kHz, et la dynamique d'analyse est de 32 dB. Ces résultats ont été obtenus grâce au développement spécifique d'une source laser, dont la fréquence peut être accordée sur plusieurs GHz en quelques µs. Une boucle d'asservissement permet d'offrir une excellente précision de ces balayages en fréquence. D'autres sources laser ont également été mises au point. L'une d'elle utilise des structures d'optique intégrée, et une autre est asservie sur une cavité optique de référence, pour affiner sa largeur d'émission sous le kHz. Par ailleurs, nous présentons une première étude d'échos de photons obtenus en milieu amplificateur dans un cristal de Er:YSO. Ainsi, le rendement énergétique du processus est augmenté. De nouveaux mécanismes déphasants hors équilibre sont également mis en avant lors de la génération de l'écho de photons.
Dans cette these, nous nous interessons aux fonctionnalites optiques qu’offrent les cristaux dopes aux ions de terre rare pour les domaines des RADARS et de la radioastronomie. Les fonctionnalites decrites exploitent les tres grandes bandes passantes et selectivites spectrales de ces materiaux refroidis a basse temperature. Nous presentons une architecture originale d’analyse spectrale de signaux hyperfrequences large bande, avec une probabilite d’interception unite, une haute resolution et une grande dynamique de mesure. Le principe de l’analyseur repose sur l’enregistrement dans la bande d’absorption d’un cristal de Tm3+ :YAG d’un spectre RF sur porteuse optique. Le materiau joue le role de memoire analogique dans laquelle les spectres des signaux sont en permanence enregistres. Cette memoire a une duree de vie de l’ordre de 10 ms. Pendant cette duree, nous mesurons le spectre d’absorption a l’aide d’un laser agile en frequence. Par cette technique, nous avons obtenu une bande passante de 10 GHz, une resolution de 1 MHz et une probabilite d’interception unite. L’etude de differentes configurations experimentales nous a permis d’atteindre une dynamique de mesure de 38 dB. La resolution et la precision en frequence de ces experiences dependent de la purete des balayages frequentiels du laser de lecture. Ainsi, nous avons mis en place un dispositif interferometrique permettant d’isoler tous les bruits de frequence du laser agile. Nous detectons tout ecart de l’ordre du MHz par rapport a un balayage parfait. Les signaux fournis par ce systeme sont exploites pour asservir numeriquement les balayages frequentiels du laser.