\nNous présentons une étude théorique de la possibilité de manipuler une molécule en cours de prédissociation. Lors de la prédissociation, une succession de paquets d'onde apparaît sur la voie asymptotique. Lors de leur évolution, ces paquets d'onde s'étalent, se recouvrent et interfèrent. Nous décrivons comment l'utilisation d'impulsions effectuant des cycles de Rabi permettent de modifier la figure d'interférence et de stocker de l'information.\n
\nNous présentons une étude théorique de la possibilité de manipuler une molécule en cours de prédissociation. Lors de la prédissociation, une succession de paquets d'onde apparaît sur la voie asymptotique. Lors de leur évolution, ces paquets d'onde s'étalent, se recouvrent et interfèrent. Nous décrivons comment l'utilisation d'impulsions effectuant des cycles de Rabi permettent de modifier la figure d'interférence et de stocker de l'information.\n
Cette thèse présente l'étude théorique et expérimentale de la manipulation cohérente de systèmes atomiques et moléculaires avec des impulsions mises en forme. Dans un premier temps, nous présentons plusieurs expériences de manipulation de transitoires cohérents dans le rubidium. Ces transitoires cohérents apparaissent lorsqu'on excite un système à deux niveaux avec une impulsion à dérive de fréquence en champ faible, et se traduisent par des oscillations dans la population de l'état excité. Pour une impulsion très étirée, nous montrons qu'un saut de phase dans le domaine spectral modifie la phase des oscillations. Puis, en nous appuyant sur une analogie avec la diffraction de Fresnel, nous concevons une impulsion à dérive de fréquence d'amplitude fortement modulée, permettant de supprimer les contributions destructives au transfert de population. Dans une deuxième série d'expériences, nous nous intéressons aux interférences de chemins quantiques dans les transitions à deux photons induites par des impulsions à dérive de fréquence. Du fait de la grande largeur spectrale des impulsions ultracourtes, les chemins d'excitation séquentiel et direct contribuent au transfert de population dans l'état excité. Les oscillations provenant de l'interférence entre ces différents chemins d'excitation sont observées dans le sodium atomique. De plus, nous montrons qu'elles sont observables quel que soit le signe de la dérive de fréquence. D'un point de vue théorique, nous étudions le contrôle de la prédissociation d'une molécule diatomique modèle : NaI. La prédissociation conduit à l'observation d'interférences d'ondes de matière dans la distribution des fragments. Nous montrons dans un premier temps qu'il est possible d'observer ces interférences en sondant la molécule avec une impulsion judicieusement choisie. Puis, en utilisant une séquence d'impulsions de contrôle induisant une transition entre deux niveaux électroniques de la molécule, nous mettons en évidence la possibilité de manipuler la distribution énergétique des fragments.
Ce travail porte sur l'etude experimentale resolue en temps de la dynamique atomique et moleculaire prenant place sur une echelle de temps femtoseconde. Dans une premiere partie, la technique pompe-sonde classique (deux impulsions laser decalees dans le temps) est appliquee a l'etude de dynamique de paquet d'ondes vibrationnel dans la molecule et de spin electronique dans l'atome. Dans le dimere de potassium, on observe pour la premiere fois la dynamique vibrationnelle de l'etat de rydberg 2 1 g. Cette experience revele la complexite de l'etape de detection (ici par transition a deux photons). Dans l'atome de potassium, on sonde de la meme facon, la dynamique du couplage spin-orbite du niveau 5p. On montre une dependance de la probabilite d'ionisation du paquet d'ondes en fonction du retard temporel entre les deux impulsions. Une interpretation est donnee dans le formalisme des etats brillant et noir. Dans un deuxieme temps la technique pompe-sonde est remplacee au profit d'une technique de controle coherent permettant autant de suivre la dynamique que d'agir sur la population dans les etats excites. Nous presentons plusieurs experiences de controle coherent temporel realisees avec une sequence de deux impulsions lumineuses identiques et ultracourtes. Cette technique est basee sur l'interference de deux chemins quantiques decales dans le temps. Le cas d'ecole du controle coherent temporel sur une transition a un photon en regime de champ faible est illustre sur la transition 4s-4p du potassium. Plusieurs interpretations physiques complementaires sont discutees. D'autres situations sont explorees : transitions a deux photons (6s-7d du cesium), transitions impliquant une impulsion a derive de frequence, regime de champ intense. Chacune permet le controle coherent du processus d'excitation. L'ambiguite entre interferences quantiques et interferences optiques est levee dans plusieurs cas. En regime de champ intense (impulsion ) l'experience permet l'observation directe de la precession du spin electronique. Les etudes experimentales sont completees par une description analytique de la dynamique dans les etats excites et des calculs numeriques simulant le signal d'ionisation.
Cette thèse porte sur l'étude de processus ultrarapides photo-induits dans les atomes à l'échelle de temps attoseconde (1as = 10⁻¹⁸s). L'objectif était de résoudre la dynamique électronique du processus de photoionisation résonante à la fois dans l'espace et dans le temps.Pour ce faire, les travaux ont porté sur l'étude de l'ionisation à 2-photons (XUV+IR) de l'hélium à travers des états liés proches du seuil d'ionisation 1sNp (N=3,4,5,6). La dynamique électronique d'ionisation a été résolue temporellement et spatialement en associant une technique d'interférométrie de paquets d'onde électronique à la spectroscopie de photoélectrons résolue angulairement. La transition à 2-photons résonante a été sondée en utilisant deux schémas interférométriques différents.Dans le premier schéma, appelé RABBIT, le paquet d'onde électronique (POE) résonant a été caractérisé à travers son interférence avec un second POE à 2-photons non-résonant utilisé comme référence. La structure spatiale 3D du POE a pu être reconstruite ainsi que son évolution temporelle au niveau des résonances et entre les résonances. Le piégeage transitoire sur les états liés induit un retard de l'émission du POE et sa structure spatiale est conservée durant toute la dynamique de photoémission. Au contraire, de fortes distorsions spatiales sont observées entre les résonances et sont interprétées comme résultant de l'interférence entre deux chemins quantiques. La théorie met en évidence la contribution des ondes partielles impliquées dans ces chemins et la dépendance spectrale des dipôles de transition à 2-photons associés.Le second schéma interférométrique utilisé dans cette thèse permet un accès direct à la dynamique de transition à 2-photon du POE résonant. Celui-ci s'appuie sur l'interférence entre le POE résonant et celui résultant de deux transitions à 1-photon séquentielles. Ce dernier présente une évolution spectrale de la phase lente et constitue alors une référence idéale. Ce schéma a été utilisé pour caractériser la dynamique du POE pour tous les états intermédiaires 1sNp, prolongeant ainsi l'étude précédente. La dynamique de photoémission et la dépendance spatiale ont été caractérisées et les résultats sont consistants avec le premier schéma pour les états 1s3p et 1s4p. Ce second schéma, bien que cantonné aux zones spectrales des résonances, présente une calibration spectrale absolue, une meilleure résolution spectrale, ainsi qu'une meilleure sensibilité que le schéma RABBIT.
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.
\nLes agrégats métalliques présentent des propriétés extraordinaires, en particulier chimiques et catalytiques, qui dépendent fortement de leur taille. Ce comportement en fait des candidats idéaux pour l'analyse en temps réel de processus photo-induits ultrarapides, le but ultime étant la conduite de scénarios de contrôle cohérent. Nous avons réalisé des expériences d'ionisation multiphotonique non stationnaire sur de petits agrégats alcalins de différentes tailles et dans différents états électroniques rovibrationnels, y compris leur état fondamental, sondant ainsi leur dynamique ondulatoire, leur orientation structurelle, leur transfert de charge et leur dissociation. Les processus observés dépendent grandement des paramètres du faisceau laser d'excitation, tels que sa phase, son amplitude et sa durée ; cette sensibilité plaide pour l'emploi d'un système de contrôle rétroactif permettant de générer les formes d'impulsion optimales. Les caractéristiques spectrales et temporelles de ces dernières reflètent les propriétés du système étudié ainsi que les processus photochimiques que l'irradiation y induit. Nous présentons d'abord la dynamique vibrationelle d'états électroniques excités, liés, dissociatifs et prédissociatifs, des dimères et trimères alcalins. Suit une description du principe d'observation par pompage optique par effet Raman stimulé de la dynamique d'un paquet d'onde dans l'état électronique fondamental. Puisque les paramètres de l'impulsion d'excitation influencent de façon significative le poids des différentes trajectoires dans l'espace des phases, nous avons mené des expériences sur les canaux de fragmentation concurrents d'une réaction photo-induite, en étudiant les différents embranchements des voies d'ionisation et de fragmentation de Na2K excité électroniquement. L'utilisation d'un algorithme évolutif, pour l'optimisation de la phase et de l'amplitude de l'onde électromagnétique appliquée, permit d'influencer significativement la quantité résultante d'ions parents ou fragments. Des propriétés intéressantes sont déduites de la forme des impulsions laser optimales obtenues, qui révèlent la période de vibration moléculaire et qui, combinées aux courbes de potentiel, permettent de proposer les trajectoires que l'optimisation impose aux paquets d'onde. Pour finir, nous avons étudié comment une variété plus grande d'agrégats, en contribuant au canal de fragmentation NaK, influe sur la forme optimale d'impulsion. Là encore, la structure de cette dernière apporte des éclaircissements sur les canaux de fragmentation empruntés durant le processus de contrôle.\n
Cette thèse présente l'étude théorique et expérimentale du contrôle des phénomènes de propagation cohérente d'impulsions ultracourtes dans un milieu résonant optiquement dense. Dans une première partie, nous décrivons les phénomènes élémentaires des effets de propagation. L'épaisseur optique caractérise l'importance de la distorsion temporelle qui apparaît en général sur l'impulsion. A l'image des compensateurs à prismes ou à réseaux utilisés pour compenser la dispersion d'un milieu transparent, on montre que cette dispersion résonante peut être compensée par l'utilisation d'un façonneur d'impulsion haute résolution. Dans un second temps, nous développons l'idée de contrôler par un champ fort, les propriétés transitoires d'une autre impulsion faible et résonante qui se propage simultanément dans le milieu. Le champ fort induit des modifications transitoires dans le milieu, qui se répercutent et modifient par rayonnement le champ de l'impulsion résonante qui se propage. Dans un système à trois niveaux en échelle, des modulations visibles sur le profil temporel, révèlent les déplacements lumineux induits de manière non résonante sur les deux états excités. Leur durée caractéristique est plus courte que celle de l'impulsion initiale : il y a un enrichissement du spectre transmis. Ces oscillations résultent du battement entre le champ incident et le champ rayonné dont la fréquence varie sous l'effet des déplacements lumineux. L'excitation "bichromatique" d'un système à deux niveaux, présente deux configurations géométriques qui donnent accès à des informations différentes. En plus des phénomènes précédents qui apparaissent en configuration non colinéaire, les effets des transitions non adiabatiques induites par le champ de contrôle se manifestent également dans le cas colinéaire. Le champ faible est alors une sonde particulièrement sensible à ces effets. Nous étudions enfin une configuration où les deux impulsions, polarisées orthogonalement, excitent de manière résonante un système à quatre niveaux dégénérés deux à deux. Puisque le champ fort mélange les états, les chemins d'émission et d'absorption du champ faible ont des poids équivalents. Ces deux chemins interfèrent modulant ainsi l'énergie de l'impulsion transmise. La combinaison des déplacements lumineux et de ces interférences, permet de contrôler aussi bien le gain que la forme temporelle de l'impulsion.