Ce travail presente une etude theorique et experimentale de la correlation de champ et du melange a quatre ondes dans deux domaines d'applications: la spectroscopie resolue en temps en lumiere incoherente et le traitement optique de l'information. L'etude spectroscopique est consacree au probleme de la mesure de temps de vie atomique en lumiere incoherente. Elle est motivee par la faible sensibilite des methodes deja experimentees. Elle comprend un travail theorique, qui met en evidence les raisons de l'inadequation de ces methodes, ou l'on detecte l'energie du signal, et montre que la detection par correlation de champ est mieux adaptee a l'utilisation de la lumiere incoherente. Une des methodes de correlation a ete experimentee. Les resultats confirment les predictions theoriques. L'experience a montre la necessite de developper un correlateur d'amplitude de grande sensibilite. Deux correlateurs, fonctionnant selon deux principes differents, ont ete realises. Leur caracterisation a permis de degager les facteurs determinant leur sensibilite dans une situation experimentale, et de specifier leurs domaines d'applications privilegies respectifs. Dans la derniere partie de ce travail, on s'est interesse au stockage des images dans la bande d'absorption des materiaux montrant la propriete de hole burning spectral permanent. On propose une nouvelle methode pour coder les differentes images stockees, qui doit permettre d'acceder aux images a la cadence video. Cette methode exploite le melange a quatre ondes et la correlation de champ comme technique de reconnaissance de forme temporelle pour acceder aux images. L'etude theorique approfondie que nous avons menee demontre la validite de cette approche dans un contexte experimental
Ce travail presente une etude theorique et experimentale de la correlation de champ et du melange a quatre ondes dans deux domaines d'applications: la spectroscopie resolue en temps en lumiere incoherente et le traitement optique de l'information. L'etude spectroscopique est consacree au probleme de la mesure de temps de vie atomique en lumiere incoherente. Elle est motivee par la faible sensibilite des methodes deja experimentees. Elle comprend un travail theorique, qui met en evidence les raisons de l'inadequation de ces methodes, ou l'on detecte l'energie du signal, et montre que la detection par correlation de champ est mieux adaptee a l'utilisation de la lumiere incoherente. Une des methodes de correlation a ete experimentee. Les resultats confirment les predictions theoriques. L'experience a montre la necessite de developper un correlateur d'amplitude de grande sensibilite. Deux correlateurs, fonctionnant selon deux principes differents, ont ete realises. Leur caracterisation a permis de degager les facteurs determinant leur sensibilite dans une situation experimentale, et de specifier leurs domaines d'applications privilegies respectifs. Dans la derniere partie de ce travail, on s'est interesse au stockage des images dans la bande d'absorption des materiaux montrant la propriete de hole burning spectral permanent. On propose une nouvelle methode pour coder les differentes images stockees, qui doit permettre d'acceder aux images a la cadence video. Cette methode exploite le melange a quatre ondes et la correlation de champ comme technique de reconnaissance de forme temporelle pour acceder aux images. L'etude theorique approfondie que nous avons menee demontre la validite de cette approche dans un contexte experimental
Ce travail presente une analyse theorique et experimentale du processus de melange a quatre ondes produit par des impulsions intenses a large bande spectrale. La premiere partie est consacree aux effets de saturation produit par une seule impulsion de lumiere incoherente. L’inhibition du dephasage inhomogene par le champ aleatoire, lorsqu'il est suffisamment intense, est le principal resultat de cette etude. La seconde partie decrit l'excitation du systeme atomique par deux impulsions correlees (obtenues par dedoublement, puis retard differentiel a partir d'une impulsion de lumiere incoherente initiale). Nous avons developpe une methode diagrammatique permettant de calculer le signal produit lorsqu'une des impulsions est forte et l'autre faible. Le resultat paradoxal de cette etude est qu'en champ intense des impulsions issues de sources independantes produisent le meme signal que des impulsions correlees des que le retard differentiel est superieur au temps de coherence des impulsions.
Ce mémoire de thèse décrit une expérience de création de paires d’atomes jumeaux par mélange à quatre ondes en présence d’un réseau optique. Ces atomes jumeaux sont analogues aux photons jumeaux obtenus par conversion paramétrique, lesquels ont été employés dans plusieurs expériences fondamentales d’optique quantique, ainsi que pour des applications en interférométrie et en information quantique. En raison de la relation de dispersion, l’accord de phase peut être obtenu quand les atomes se déplacent dans le réseau optique. Le mélange à quatre ondes qui se produit alors spontanément constitue un cas particulier d’instabilité dynamique. Nous avons réalisé cette expérience à partir d’un gaz dégénéré d’hélium métastable, obtenu dans un piège optique très allongé. On a superposé aux atomes un réseau optique en mouvement, qui est également décrit dans ce mémoire. Au moyen d’un détecteur d’atomes uniques résolu à trois dimensions, nous avons caractérisé le mélange à quatre ondes obtenu. Nous avons étudié les conditions d’accord de phase de ce processus, et les différents modes peuplés, montrant que la méthode que nous employons permet de diffuser préférentiellement les atomes dans deux fines classes de vitesse, que l’on peut ajuster et dont on contrôle les populations. Cette flexibilité facilitera l’utilisation des paires d’atomes pour des expériences futures. Au niveau de chacune de ces deux classes de vitesses, nous avons mesuré une corrélation de type Hanbury Brown et Twiss. Par ailleurs, nous avons démontré une réduction des fluctuations de la différence de population entre les deux classes sous le bruit de grenaille. La coexistence de ces deux effets témoigne du caractère non-classique des paires générées, qui pourront être exploitées pour des expériences d’optique atomique quantique, comme par exemple pour observer l’effet Hong-Ou-Mandel sur des atomes.
Ce mémoire de thèse décrit une expérience de création de paires d’atomes jumeaux par mélange à quatre ondes en présence d’un réseau optique. Ces atomes jumeaux sont analogues aux photons jumeaux obtenus par conversion paramétrique, lesquels ont été employés dans plusieurs expériences fondamentales d’optique quantique, ainsi que pour des applications en interférométrie et en information quantique. En raison de la relation de dispersion, l’accord de phase peut être obtenu quand les atomes se déplacent dans le réseau optique. Le mélange à quatre ondes qui se produit alors spontanément constitue un cas particulier d’instabilité dynamique. Nous avons réalisé cette expérience à partir d’un gaz dégénéré d’hélium métastable, obtenu dans un piège optique très allongé. On a superposé aux atomes un réseau optique en mouvement, qui est également décrit dans ce mémoire. Au moyen d’un détecteur d’atomes uniques résolu à trois dimensions, nous avons caractérisé le mélange à quatre ondes obtenu. Nous avons étudié les conditions d’accord de phase de ce processus, et les différents modes peuplés, montrant que la méthode que nous employons permet de diffuser préférentiellement les atomes dans deux fines classes de vitesse, que l’on peut ajuster et dont on contrôle les populations. Cette flexibilité facilitera l’utilisation des paires d’atomes pour des expériences futures. Au niveau de chacune de ces deux classes de vitesses, nous avons mesuré une corrélation de type Hanbury Brown et Twiss. Par ailleurs, nous avons démontré une réduction des fluctuations de la différence de population entre les deux classes sous le bruit de grenaille. La coexistence de ces deux effets témoigne du caractère non-classique des paires générées, qui pourront être exploitées pour des expériences d’optique atomique quantique, comme par exemple pour observer l’effet Hong-Ou-Mandel sur des atomes.
Ce memoire examine des effets induits par des champs lumineux stochastiques. Une premiere partie est consacree aux effets de puissance qui se produisent dans un systeme atomique excite dans une configuration experimentale de melange a quatre ondes resolu dans le temps. Le resultat paradoxal de cette etude est la mise en evidence, dans un systeme a trois niveaux en v, de structures temporelles plus courtes que le temps de correlation de la lumiere, alors que celui-ci constitue le parametre temporel le plus court du probleme. La deuxieme partie concerne le developpement d'une nouvelle technique d'echantillonnage pour l'analyse de phenomenes ultra-rapides en utilisant des impulsions faibles stochastiques de longue duree. Deux cas sont traites, celui de l'effet kerr induite par un champ chaotique intense et celui de la propagation d'une impulsion stochastique dans un milieu optiquement epais. Les experiences qui mettent en evidence ces differents effets donnent toutes lieu a une interpretation theorique complete
Dans cette thèse, nous nous intéressons aux propriétés des fluctuations de la lumière diffusée par un nuage d'atomes froids, que ce soit les variations temporelles de l'intensité ou les fluctuations spectrales du champ électrique dans le régime de diffusion simple ou multiple de la lumière. Bien que notre analyse soit réalisée sur un système passif, l'ajout de gain dans le système peut conduire à l'obtention d'un laser aléatoire dont l'étude des corrélations temporelles de l'intensité émise peut permettre une étude détaillée de ses propriétés de cohérence.La première étape de cette caractérisation est l'étude du bruit de fréquence de lasers conventionnels. La mesure est réalisée grâce à un discriminateur de fréquence, pouvant être une cavité Fabry-Pérot ou une transition atomique, utilisé pour convertir le bruit de fréquence en bruit d'intensité mesuré. Un modèle simple est présenté montrant que, alors que les résultats obtenus pour la cavité ou la transition atomique soient identiques à faibles fréquences de Fourier, de nouvelles structures apparaissent à hautes fréquences, permettant de réaliser de la spectroscopie de bruit en analysant les fluctuations de la lumière transmise.Les propriétés de cohérence peuvent aussi être étudiées grâce à la fonction de corrélation g(2) de l'intensité, offrant un accès à la statistique des photons de la lumière émise. Nous mesurons cette fonction dans un milieu passif en expansion balistique en contrôlant finement le régime de diffusion de la lumière. Nous analysons en détails l'évolution du contraste, la perte de cohérence ainsi que le changement de forme de g(2) dans le régime de diffusion multiple. Ces résultats sont combinés à des études numériques et analytiques pour mettre en évidence le rôle de la diffusion multiple dans les changements de la fonction g(2). Cette mesure est la première réalisation expérimentale de spectroscopie des ondes diffuses sur un nuage d'atomes froids en mouvement balistique.La caractérisation de la cohérence temporelle d'un laser aléatoire passe par l'étude de la fonction g(2) sur un milieu actif sous le seuil d'émission. Nous implémentons alors un schéma de gain Raman hyperfin, combinant efficacement gain et diffusion. Nous présentons les premiers tests de la quantification du gain dans le nuage par spectroscopie pompe-sonde, montrant l'apparition d'une fenêtre de transparence électromagnétiquement induite. Enfin, par une méthode hérérodyne, nous sommes en mesure d'accéder au spectre optique de la lumière diffusée en présence de gain.
Dans ce travail, nous nous sommes interesse a des systemes moleculaires tels que l'agregat et le dimere. Nous avons evalue leurs reponses optiques nonlineaires d'ordre trois, en considerant pour cela des experiences stationnaires de melanges a quatre ondes. L'environnement a ete pris en compte a travers une approche stochastique, permettant de decrire toutes les echelles de temps de fluctuations, de la modulation rapide jusqu'a la modulation lente. Les processus stochastiques sont gaussien-markoviens. La susceptibilite non lineaire a ete calculee pour un agregat moleculaire petit par rapport a la longueur d'onde optique. En particulier, nous avons analyse l'influence de la modulation de frequence ainsi que celle de la fluctuation du couplage intermoleculaire, dans la limite du bruit blanc. Au voisinage de la resonance monoexcitonique, la reponse est amplifiee par rapport a la taille de l'agregat, avec toutefois une legere diminution de l'intensite integree du signal due aux fluctuations intermoleculaires. Au contraire, elles tendent a augmenter le signal loin de la resonance, ou aucune exaltation du signal n'apparait. Nous avons ensuite considere le cas du regime intermediaire, caracterise par des temps de correlation finis. Les dynamiques du bain et du systeme, ici un dimere, se situent sur des echelles de temps semblables. Dans l'approximation d'un couplage intermoleculaire fort, la correlation intersite entre les fluctuations locales s'ajoute a la modulation de frequence pour elargir davantage la forme de raie non lineaire. Finalement, nous avons montre que dans le cas d'un dimere compose de molecules polaires antiparalleles, il est possible de determiner la nature du regime stochastique par une experience de melange d'ondes realisee au voisinage de la demi frequence de transition