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Annales de Physique

Du pompage optique laser à l'absorption saturée résolue en temps

M. Dumont

Published Jan 1, 1985• 0 citations
Publisher

Abstract

La première partie est un survol historique de l'introduction des lasers au laboratoire de Spectroscopie Hertzienne de l'ENS et particulièrement des premières expériences de pompage optique avec un laser multimode. Les trois caractéristiques nouvelles (émission stimulée, cohérence de la lumière et saturations) sont mises en lumière. Les paragraphes 2 et 3 présentent les particularités du pompage optique par un laser monomode (sélection des vitesses atomiques) et de la technique d'absorption saturée résolue en temps. Cette dernière technique est appliquée à l'étude des collisions élastiques (détermination du « noyau de collision ») et de la cohérence Raman entre niveaux métastables. La dernière partie présente, de façon résumée, un calcul semiperturbatif des transitoires de pompage optique sélectif en vitesse (VSOP).

DOI
10.1051/anphys:019850010060101500

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Pompage optique et absorption saturée d'un faisceau d'ions rapides superposé à un faisceau laser continu

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Nous démontrons que l'utilisation d'une géométrie à faisceaux superposés permet d'accroître considérablement la durée de l'interaction entre une onde laser et les ions d'un faisceau accéléré sans perdre pour autant les avantages traditionnels des faisceaux rapides (accord Doppler, absence de collisions, résolution en temps). Afin d'illustrer les possibilités de cette technique, nous avons réalisé expérimentalement le pompage optique des faisceaux de divers isotopes de Ba+, que nous avons pu étudier en transitoire à l'aide de deux voies de détection totalement indépendantes. Les effets de saturation observés en excitation laser monomode sont interprétés rigoureusement à l'aide d'un modèle simple à trois niveaux. Diverses applications possibles de cette technique sont discutées avec une importance particulière attribuée à celles qui concernent la spectroscopie des ions (atomiques ou moléculaires) monochargés.

Journal de physique•Jan 1, 1977•14 citations

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•Jan 1, 1998•3 citations

Importance des proprietes spectrales des lasers pour les performances des horloges atomiques a pompage optique

Gaëlle Lucas-Leclin

Ce memoire presente des resultats theoriques et experimentaux sur les interactions entre atomes et lumiere laser dans les horloges atomiques a pompage optique. On presente tout d'abord l'affinement spectral de lasers a semiconducteurs par la technique de la cavite etendue. Deux types de couplage, faible et fort, sont testes et compares. La conception de structures performantes est presentee, en mettant en evidence les elements critiques de ces lasers, et une methode d'auto-alignement est mise en uvre pour reduire la sensibilite des ces lasers aux perturbations exterieures. Ensuite, les interactions atomes/lumiere sont decrites par le formalisme de la matrice densite, en prenant en compte le bruit de frequence et la modulation du laser. Cette partie developpe plus particulierement l'analyse du pompage optique. L'efficacite du pompage d'un jet atomique est evaluee selon les parametres caracteristiques de l'interaction. On montre que le flux atomique presente, a pompage incomplet, des fluctuations sur-poissonniennes dues au bruit de frequence du laser. Enfin, en derniere partie, une evaluation experimentale de l'influence des parametres des lasers sur les signaux d'horloge est menee. Les roles des lasers de pompage et de detection sont etudies separement. L'extra-bruit de detection des atomes non-pompes est mesure dans diverses configurations. Des lasers de largeurs de raie differentes sont compares en zone de pompage. L'influence de l'efficacite du pompage sur le rapport signal-a-bruit du signal d'horloge est determinee experimentalement dans une configuration de frange brillante.

•Jan 1, 1998•1 citation

La spectroscopie de saturation résolue en temps comme moyen d’étude des collisions élastiques

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Nous présentons, en premier lieu, une introduction très simplifiée à la spectroscopie de saturation en présence de collisions tendant à thermaliser les vitesses atomiques. Ensuite nous posons le problème de la détermination du noyau de collision, dans le cadre de l’ensemble des travaux sur les collisions atomiques et moléculaires. A l’aide d’un calcul très élémentaire (perturbation) mais au cours duquel nous signalons avec le maximum de rigueur les approximations faites, nous établissons la relation entre le noyau de collision et le spectre de saturation. Nous en déduisons l’intérêt des méthodes temporelles pour la détermination expérimentale du noyau. Enfin, dans une dernière partie, nous décrivons les résultats obtenus dans le cas du néon métastable (3P0) et les espoirs d’une confrontation réelle avec la théorie des collisions.

Annales de Physique•Jan 1, 1982•1 citation

importance des propriétés spectrales des lasers pour les horloges atomiques à pompage optique

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Ce mémoire présente des résultats théoriques et expérimentaux sur les interactions entre atomes et lumière laser dans les horloges atomiques à pompage optique. On présente tout d'abord l'affinement spectral de lasers à semiconducteurs par la technique de la cavité étendue. Deux types de couplage, faible et fort, sont testés et comparés. La conception de structures performantes est présentée,et une méthode d'auto-alignement est mise en œuvre pour réduire la sensibilité des ces lasers aux perturbations extérieures. Ensuite, les interactions atomes/lumière sont décrites par le formalisme de la matrice densité, en prenant en compte le bruit de fréquence et la modulation du laser. Cette partie développe plus particulièrement l'analyse du pompage optique. On montre que le flux atomique présente, à pompage incomplet, des fluctuations sur-poissonniennes dues au bruit de fréquence du laser. Enfin, en dernière partie, une évaluation expérimentale de l'influence des paramètres des lasers sur les signaux d'horloge est menée. Les rôles des lasers de pompage et de détection sont étudiés séparément, et l'extra-bruit de détection des atomes non-pompés est mesuré pour des lasers de pompage de largeurs de raie différentes. L'influence de l'efficacité du pompage sur le rapport signal-à-bruit du signal d'horloge est déterminée expérimentalement pour une horloge à jet thermique de césium, dans une configuration de frange brillante.

•Jan 7, 1998•0 citations

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La méthode du pompage optique sélectif en vitesses permet d'induire à l'aide d'un laser monomode accordable des corrélations entre la vitesse des atomes dans une cellule et les observables créées par pompage optique. En utilisant un ou plusieurs faisceaux de pompage et un faisceau de détection, tous issus du même laser, on peut sélectionner les atomes ayant une ou plusieurs composantes de leur vitesse quasi nulles. Nous avons réalisé des expériences de ce type sur les métastables du néon. En particulier, en utilisant trois faisceaux de pompage non coplanaires, nous avons obtenu des signaux dus aux atomes quasi immobiles.

Annales de Physique•Jan 1, 1985•0 citations
La première partie est un survol historique de l'introduction des lasers au laboratoire de Spectroscopie Hertzienne de l'ENS et particulièrement des premières expériences de pompage optique avec un laser multimode. Les trois caractéristiques nouvelles (émission stimulée, cohérence de la lumière et saturations) sont mises en lumière. Les paragraphes 2 et 3 présentent les particularités du pompage optique par un laser monomode (sélection des vitesses atomiques) et de la technique d'absorption saturée résolue en temps. Cette dernière technique est appliquée à l'étude des collisions élastiques (détermination du « noyau de collision ») et de la cohérence Raman entre niveaux métastables. La dernière partie présente, de façon résumée, un calcul semiperturbatif des transitoires de pompage optique sélectif en vitesse (VSOP).
Nous démontrons que l'utilisation d'une géométrie à faisceaux superposés permet d'accroître considérablement la durée de l'interaction entre une onde laser et les ions d'un faisceau accéléré sans perdre pour autant les avantages traditionnels des faisceaux rapides (accord Doppler, absence de collisions, résolution en temps). Afin d'illustrer les possibilités de cette technique, nous avons réalisé expérimentalement le pompage optique des faisceaux de divers isotopes de Ba+, que nous avons pu étudier en transitoire à l'aide de deux voies de détection totalement indépendantes. Les effets de saturation observés en excitation laser monomode sont interprétés rigoureusement à l'aide d'un modèle simple à trois niveaux. Diverses applications possibles de cette technique sont discutées avec une importance particulière attribuée à celles qui concernent la spectroscopie des ions (atomiques ou moléculaires) monochargés.
Cette these decrit l'etude de l'absorption lumineuse d'une vapeur resonnante contenue dans une enceinte de geometrie presque bidmensionnelle : la duree de vol libre des atomes est imposee par collision avec les parois et devient tres anisotrope. Pour un faisceau optique de diametre grand devant l'epaisseur (l) de vapeur, le temps d'interaction des atomes avec le champ lumineux, et depend seulement de la direction de propagation atomique : seuls ceux a incidence rasante des parois sont en regime stationnaire et si l'irradiation est a incidence normale il apparait de resonances sub doppler dans le spectre d'absorption. La partie theorique du premier chapitre modelise le regime transitoire du pompage optique (processus incoherent non lineaire) sur un systeme atomique a trois niveaux et etudie la distribution de vitesse des atomes ainsi selectionnes qui peut etre superlente. Sa partie experimentale caracterise les resonances sub doppler apparues dans le spectre d'absorption d'un faisceau laser de diametre grand (3mm) devant l'epaisseur (de 10 a 100m) de la vapeur de cs sondee (transition d#2 a =852nm). La partie theorique du second chapitre etudie le regime transitoire du dipole optique sur un systeme atomique a deux niveaux : des resonances sub doppler apparaissent egalement, mais associees a une echelle de temps plus courte. Le montage experimental est analogue a celui du premier chapitre, avec une intensite lumineuse incidente extremement faible (i > les resultats de rh. Dicke dans le domaine micro-onde avec l=/2. Le troisieme chapitre relate une etude experimentale d'absorption saturee en cellule mince qui permet de sonder separement la reponse optique des differentes classes de vitesse atomiques. Le dernier chapitre presente une experience de spectroscopie raman dont le but est l'etude de la selection de vitesse en vapeur confinee.
Ce memoire presente des resultats theoriques et experimentaux sur les interactions entre atomes et lumiere laser dans les horloges atomiques a pompage optique. On presente tout d'abord l'affinement spectral de lasers a semiconducteurs par la technique de la cavite etendue. Deux types de couplage, faible et fort, sont testes et compares. La conception de structures performantes est presentee, en mettant en evidence les elements critiques de ces lasers, et une methode d'auto-alignement est mise en uvre pour reduire la sensibilite des ces lasers aux perturbations exterieures. Ensuite, les interactions atomes/lumiere sont decrites par le formalisme de la matrice densite, en prenant en compte le bruit de frequence et la modulation du laser. Cette partie developpe plus particulierement l'analyse du pompage optique. L'efficacite du pompage d'un jet atomique est evaluee selon les parametres caracteristiques de l'interaction. On montre que le flux atomique presente, a pompage incomplet, des fluctuations sur-poissonniennes dues au bruit de frequence du laser. Enfin, en derniere partie, une evaluation experimentale de l'influence des parametres des lasers sur les signaux d'horloge est menee. Les roles des lasers de pompage et de detection sont etudies separement. L'extra-bruit de detection des atomes non-pompes est mesure dans diverses configurations. Des lasers de largeurs de raie differentes sont compares en zone de pompage. L'influence de l'efficacite du pompage sur le rapport signal-a-bruit du signal d'horloge est determinee experimentalement dans une configuration de frange brillante.
Nous présentons, en premier lieu, une introduction très simplifiée à la spectroscopie de saturation en présence de collisions tendant à thermaliser les vitesses atomiques. Ensuite nous posons le problème de la détermination du noyau de collision, dans le cadre de l’ensemble des travaux sur les collisions atomiques et moléculaires. A l’aide d’un calcul très élémentaire (perturbation) mais au cours duquel nous signalons avec le maximum de rigueur les approximations faites, nous établissons la relation entre le noyau de collision et le spectre de saturation. Nous en déduisons l’intérêt des méthodes temporelles pour la détermination expérimentale du noyau. Enfin, dans une dernière partie, nous décrivons les résultats obtenus dans le cas du néon métastable (3P0) et les espoirs d’une confrontation réelle avec la théorie des collisions.
Ce mémoire présente des résultats théoriques et expérimentaux sur les interactions entre atomes et lumière laser dans les horloges atomiques à pompage optique. On présente tout d'abord l'affinement spectral de lasers à semiconducteurs par la technique de la cavité étendue. Deux types de couplage, faible et fort, sont testés et comparés. La conception de structures performantes est présentée,et une méthode d'auto-alignement est mise en œuvre pour réduire la sensibilité des ces lasers aux perturbations extérieures. Ensuite, les interactions atomes/lumière sont décrites par le formalisme de la matrice densité, en prenant en compte le bruit de fréquence et la modulation du laser. Cette partie développe plus particulièrement l'analyse du pompage optique. On montre que le flux atomique présente, à pompage incomplet, des fluctuations sur-poissonniennes dues au bruit de fréquence du laser. Enfin, en dernière partie, une évaluation expérimentale de l'influence des paramètres des lasers sur les signaux d'horloge est menée. Les rôles des lasers de pompage et de détection sont étudiés séparément, et l'extra-bruit de détection des atomes non-pompés est mesuré pour des lasers de pompage de largeurs de raie différentes. L'influence de l'efficacité du pompage sur le rapport signal-à-bruit du signal d'horloge est déterminée expérimentalement pour une horloge à jet thermique de césium, dans une configuration de frange brillante.
La méthode du pompage optique sélectif en vitesses permet d'induire à l'aide d'un laser monomode accordable des corrélations entre la vitesse des atomes dans une cellule et les observables créées par pompage optique. En utilisant un ou plusieurs faisceaux de pompage et un faisceau de détection, tous issus du même laser, on peut sélectionner les atomes ayant une ou plusieurs composantes de leur vitesse quasi nulles. Nous avons réalisé des expériences de ce type sur les métastables du néon. En particulier, en utilisant trois faisceaux de pompage non coplanaires, nous avons obtenu des signaux dus aux atomes quasi immobiles.