Ce memoire presente l'analyse theorique et experimentale d'un processus d'echo de photon stimule produit par une sequence d'impulsions lumineuses a large bande spectrale. Le temps de coherence τc de ces impulsions est tres inferieur a leur duree τL. Lorsque les deux premieres impulsions sont issues de la meme source, la limite de resolution temporelle est donnee par τc et non par τL. Nous appliquons cette propriete a l'etude d’une distribution de vitesse atomique caracterisee par une largeur Doppler ωD telle que: τc << ωD-1<<τL. Dans l'experience envisagee, le temps caracteristique ωD-1 associe a la largeur Doppler se mesure alors avec une resolution τc. Les effets de puissance sont examines en detail. L'analyse theorique s'appuie sur la theorie des equations differentielles a coefficients aleatoires. Il est etabli qu'aucune des methodes standards de resolution de ces equations ne s'applique a la situation envisagee. Les phenomenes transitoires coherents produits par des impulsions de lumiere incoherente semblent adaptes a l'etude de relaxations rapides, de battements quantiques de frequence elevee, ainsi qu'a l'echantillonnage rapide d'une largeur de raie inhomogene.
Ce memoire presente l'analyse theorique et experimentale d'un processus d'echo de photon stimule produit par une sequence d'impulsions lumineuses a large bande spectrale. Le temps de coherence τc de ces impulsions est tres inferieur a leur duree τL. Lorsque les deux premieres impulsions sont issues de la meme source, la limite de resolution temporelle est donnee par τc et non par τL. Nous appliquons cette propriete a l'etude d’une distribution de vitesse atomique caracterisee par une largeur Doppler ωD telle que: τc << ωD-1<<τL. Dans l'experience envisagee, le temps caracteristique ωD-1 associe a la largeur Doppler se mesure alors avec une resolution τc. Les effets de puissance sont examines en detail. L'analyse theorique s'appuie sur la theorie des equations differentielles a coefficients aleatoires. Il est etabli qu'aucune des methodes standards de resolution de ces equations ne s'applique a la situation envisagee. Les phenomenes transitoires coherents produits par des impulsions de lumiere incoherente semblent adaptes a l'etude de relaxations rapides, de battements quantiques de frequence elevee, ainsi qu'a l'echantillonnage rapide d'une largeur de raie inhomogene.
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 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
Cette thèse concerne l'étude des effets de propagation subis par des impulsions lumineuses de faible intensité lorsqu'elles se propagent dans des systèmes atomiques soumis à des champs intenses. Nous explorons aussi bien le régime d'impulsions longues que courtes et nous analysons les phénomènes qui se produisent à ces échelles de temps différents. En régime d'impulsions ultracourtes, un système atomique à deux niveaux soumis à un champ intense présente des déplacements lumineux transitoires, et des transitions non adiabatiques se produisent entre ces états. Nous avons étudié une méthode qui permette de sonder en temps réel ces déplacements lumineux en propageant un champ sonde de faible intensité. Les déplacements lumineux enrichissent le spectre de la sonde qui se trouve ainsi modifiée. Un système à deux niveaux peut se comporter alors comme un dispositif de mise en forme et peut induire sur le profil temporel d'une impulsion ultra courte des oscillations à une échelle de temps plus courte que la durée de l'impulsion. Nous montrons aussi qu'en excitant le système avec deux impulsions intenses non résonantes et décalées dans le temps, les effets non adiabatiques peuvent être dépendant de la phase. Ceci conduit à un contrôle très sensible par la phase de la population excitée. Cet effet peut être utilisée pour créer de nouvelles techniques en interférométrie. En régime d'impulsions longues, nous présentons une nouvelle méthode de ralentissement de la lumière qui peut être réalisée dans un système à deux niveaux double interagissant avec deux impulsions de lumière polarisées orthogonalement et se propageant selon des axes différents. La dépendance spatio-temporelle de la polarisation totale induit un réseau dans la cohérence Zeeman du fondamental. Le champ le plus intense (champ de contrôle) est diffracté par ce réseau dans la direction du champ sonde de faible intensité compensant l'absorption de ce dernier. Une fenêtre de transparence est alors créée dans le spectre d'absorption de ce champ conduisant au ralentissement de la lumière. La fenêtre de transparence exhibe alors des caractéristiques similaires à ceux obtenus par la méthode EIT (electromagnetic induced transparency). Toutefois la différence importante avec la méthode EIT est que dans notre cas aucun état noir n'est créé dans le système. Ceci ouvre la voie à la possibilité de ralentir la lumière dans des systèmes plus complexes. D'autre part, quand l'absorption (linéaire) du système est éliminée, la réponse non linéaire devient plus importante. Dans la situation où les champs se propagent dans la même direction et ont même fréquence, deux régimes d'interactions ont été étudiés. Pour de faibles épaisseurs optiques, la susceptibilité effective se comporte comme X line 2iphi avec phi la différence de phase entre champs. Ceci rend alors possible le contrôle de la réponse du milieu par la phase. Le milieu peut se transformer d'un absorbant à un amplificateur avec une dispersion normale ou anormale en ajustant la phase relative phi. En régime de large épaisseur optique, la saturation de la phase se produit et la susceptibilité effective se trouve changée en Xlin*, modifiant un absorbant en un amplificateur sans affecter la réponse dispersive.
Dans ce manuscrit, les cohérences temporelles d'ordre 1 et 2 de la lumière diffusée par un large nuage d'atomes refroidis à une température de l'ordre de la centaine de micro-Kelvin sont étudiées. Pour cela, un nuage d'atomes de rubidium est illuminé par une sonde optique résonante et la lumière diffusée est collectée dans différentes configurations. En l'absence de champ additif cohérent et pour un grand nombre de diffuseur indépendants, ces cohérences sont liées par la relation de Siegert : g(2)(τ ) = 1 + |g(1)(τ )|². Signature de la nature gaussienne des fluctuations du champ électrique, cette relation est observée dans différents régimes de saturation en variant l'intensité de la sonde incidente. La transition entre le régime « classique », où l'indépendance est assurée par le mouvement thermique des émetteurs, et le régime « quantique », où l'aléa est inhérent au processus de diffusion incohérent -l'émission spontanée- a ainsi pu être observée. Cette transition, matérialisée par une diminution du temps de cohérence, est quantitativement en bon accord avec un modèle théorique simplifié incluant uniquement les diffusions cohérente et incohérente et l'élargissement Doppler en diffusion simple. Pour une largeur Doppler assez faible - et donc des atomes assez froids-, la courbe de l'évolution du temps de cohérence en fonction du paramètre de saturation présente deux plateaux distincts, correspondants aux régimes de saturation faible et fort. Enfin, la possibilité d'observer sur cette expérience du dégroupement photonique (antibunching en anglais) dans la lumière diffusée est étudiée. L'adaptation d'un modèle théorique unidimensionnel à notre nuage tridimensionnel ainsi qu'une configuration atomique spatiale asymétrique réduisant la diffusion multiple incohérente sont ainsi présentées.
Cette thèse présente l'étude théorique et expérimentale de la mise en forme et de la caractérisation d'impulsions courtes dans l'ultraviolet ainsi que l'utilisation du façonnage pour le contrôle cohérent de systèmes simples. \nTrois grandes directions ont été suivies, dans un premier temps, nous présentons les caractéristiques et le fonctionnement d'un filtre dispersif acousto-optique programmable et son utilisation pour produire des impulsions femtosecondes de profil temporel arbitraire dans le domaine ultraviolet. Les limitations de ce dispositif ainsi que les résultats obtenus sont ensuite présentés et discutés. \nDans un deuxième temps, un autre façonneur dans l'infrarouge est utilisé pour montrer comment le contrôle cohérent de paquet d'ondes atomiques, moléculaires ou optiques permet la factorisation de grands nombres par l'utilisation d'une somme de Gauss. Une étude théorique en est faite ainsi que des expériences ou un nombre de 13 chiffres est factorisé. Cette technique est comparée à la factorisation quantique utilisant l'algorithme de Shor. \nEnfin, des schémas de contrôle, utilisant ce même façonneur, ont été mis en œuvre avec succès sur l'atome de rubidium. Ces expériences, de type pompe-sonde, reposent sur le contrôle et la mesure de la dynamique d'un atome lors de son interaction avec une impulsion laser courte. La théorie et une expérience de contrôle du régime transitoire, que nous appelons transitoire cohérent, sont présentées. Le rôle de la sonde, dans le processus de mesure, est mis en avant et nous montrons qu'elle n'a pas un rôle limité à la mesure mais participe activement a la dynamique globale du système. Celui-ci est modélisé par une transition a deux photons sur un système a deux, trois... niveaux électroniques. Cette expérience nous amène à considérer l'absorption à deux photons, cas particulier des systèmes précédents. Nous en introduisons alors les bases et les expériences clés de son contrôle. Puis, la discussion nous amène au contrôle de la précession de Spin-Orbite, liée a l'excitation d'un doublet de structure fine de l'atome de rubidium. \nFinalement, une application du façonnage à la production de molécules froides vibrationnelles est présentée.
Cette thèse est une étude théorique et expérimentale de la mise en forme et de la caractérisation d'impulsions ultra-courtes ainsi que de leur utilisation pour le contrôle cohérent de systèmes simples. Dans un premier temps, nous présentons la conception et la fabrication d'un façonneur haute résolution pour des impulsions infrarouges. Nous détaillerons les étapes de réalisation de ce dernier ainsi que ses caractéristiques novatrices. Enfin, les limitations de ce dispositif ainsi que les résultats obtenus seront présentés et discutés. Dans un deuxième temps, nous utilisons ce façonneur dans des expériences de contrôle cohérent sur l'atome de rubidium. Ces expériences reposent sur le contrôle du comportement transitoire d'un atome lors de son interaction avec une impulsion résonnante. Nous rappellerons tout d'abord l'origine de ce comportement transitoire, appelé transitoire cohérent, ainsi que sa première mise en évidence expérimentale. Nous présenterons aussi différentes expériences visant à manipuler ce transitoire cohérent en modifiant la forme des impulsions interagissant avec l'atome. Puis, nous verrons comment manipuler différents transitoires cohérents pour reconstruire la fonction d'onde atomique transitoire. Cette technique dite de spirographe atomique a permis la reconstruction de la fonction d'onde de l'atome soumis à différentes impulsions de contrôle. Nous présenterons ces reconstructions et discuterons de leur domaine de validité ainsi que de leur lien avec d'autres techniques de mesure de fonctions d'onde. Nous présenterons ensuite une technique de caractérisation complète d'impulsions ultra-courtes directement dérivée du spirographe atomique. Cette caractérisation par transitoires cohérents permet de mesurer l'impulsion (les impulsions en fait) interagissant avec l'atome. Elle présente des caractéristiques assez inhabituelles que nous détaillerons. Nous présenterons les différentes mesures expérimentales réalisées et discuterons des perspectives qu'ouvre cette technique de mesure.