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.
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.
La méthode du pompage optique sélectif en vitesses est étendue à la sélection de deux composantes de la vitesse des atomes, grâce à l'utilisation de deux faisceaux de pompage de directions différentes, et à l'observation d'effets croisés non linéaires, proportionnels à l'intensité de chacun des faisceaux. Un troisième faisceau, coplanaire avec les deux précédents, sert à la détection, les trois faisceaux étant issus du même laser. On obtient par cette méthode toute une série de signaux correspondant aux différentes observables atomiques (population, orientation, alignement) que l'on peut créer ou détecter, suivant le choix de la polarisation de chacun des faisceaux. On discute dans cet article la nature et la forme de ces signaux, ainsi que les conditions géométriques dans lesquelles ils ne sont pas élargis par l'effet Doppler. On décrit enfin une expérience réalisée avec des atomes de néon métastables où un certain nombre de ces signaux ont été observés.
Un inconvénient important du pompage optique indirect de l'hélium-3 traditionnel est qu'il opère à des pressions faibles qui ne sont en particulier pas favorables aux applications médicales d'IRM nécessitant la production d'hélium-3 gazeux très polarisé et dense : une voie prometteuse est d'utiliser un fort champ magnétique qui permet d'opérer plus efficacement à plus forte pression. Dans une première partie nous faisons apparaître l'importance des corrélations entre vitesse et orientation nucléaire pour les atomes excités présents dans le plasma et soumis à la lumière de pompage optique à 1083 nm. Nous avons étudié leur effet sur l'efficacité du pompage optique tant au moyen d'un modèle détaillé que par des mesures expérimentales systématiques. Nous montrons la grande importance des caractéristiques spectrales fines des lasers à 1083 nm. Dans la deuxième partie, nous nous intéressons plus spécifiquement à des conditions non standard de pompage optique, en présence d'un fort champ magnétique et à forte pression. Nous avons réalisé une étude spectroscopique détaillée de l'effet Zeeman de la transition à 1083 nm de l'hélium qui permet d'identifier précisément les positions de ces transitions et leurs intensités, ce qui nous a permis de mettre au point une technique originale de mesure optique de la polarisation nucléaire en champ quelconque. Nous avons démontré que la présence de lumière à 1083 nm augmente significativement la population de molécules métastables au sein d'un plasma d'hélium, en particulier à forte pression.
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.
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.
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.