Ce mémoire présente l'étude du refroidissement d'atomes par laser en présence d'un champ magnétique transverse faible (effet Sisyphe magnétique) sur une transition J = 1 → J' = 1. La première partie de ce travail est consacrée à l'optimisation d'un jet supersonique d'hélium métastable sur lequel nous avons effectué nos expériences de refroidissement laser. L'optimisation du jet en vue de piéger les atomes dans un piège magnéto-optique est aussi décrite. La deuxième partie consiste en une description de l'effet Sisyphe magnétique sur l'hélium métastable. Après une présentation qualitative du mécanisme mettant en jeu l'effet Sisyphe magnétique, nous discutons les résultats expérimentaux à la lumière de calculs théoriques détaillés.
Ce mémoire présente l'étude du refroidissement d'atomes par laser en présence d'un champ magnétique transverse faible (effet Sisyphe magnétique) sur une transition J = 1 → J' = 1. La première partie de ce travail est consacrée à l'optimisation d'un jet supersonique d'hélium métastable sur lequel nous avons effectué nos expériences de refroidissement laser. L'optimisation du jet en vue de piéger les atomes dans un piège magnéto-optique est aussi décrite. La deuxième partie consiste en une description de l'effet Sisyphe magnétique sur l'hélium métastable. Après une présentation qualitative du mécanisme mettant en jeu l'effet Sisyphe magnétique, nous discutons les résultats expérimentaux à la lumière de calculs théoriques détaillés.
Ce memoire presente l'etude du refroidissement d'atomes par laser en presence d'un champ magnetique transverse faible (effet sisyphe magnetique) sur une transition comportant trois sous-niveaux dans l'etat fondamental et trois sous-niveaux dans l'etat excite. La premiere partie de ce travail est consacree a l'optimisation d'un jet supersonique d'helium metastable sur lequel nous avons effectue nos experiences de refroidissement laser. L'optimisation du jet en vue de pieger les atomes dans un piege magneto-optique est aussi decrite. La deuxieme partie consiste en une description de l'effet sisyphe magnetique sur l'helium metastable. Apres une presentation qualitative du mecanisme mettant en jeu l'effet sisyphe magnetique, nous discutons les resultats experimentaux a la lumiere de calculs theoriques detailles
Ce mémoire présente un nouveau mécanisme de refroidissement d'atomes par laser: les résonances noires sélectives en vitesse. La première partie de ce travail est consacrée à la description d'un jet supersonique d'hélium métastable, refroidi par cryogénie, sur lequel nous avons effectué nos expériences de refroidissement par laser. Un deuxième chapitre, dans lequel nous introduisons les outils théoriques nécessaires pour l'analyse du chapitre III, nous donne l'occasion de présenter l'effet Hanle mécanique. Il s'agit là d'une résonance très fine de la force de pression de radiation sur un atome ayant un sous-niveau Zeeman piège, lorsqu'on varie le champ magnétique autour de zéro. Le troisième chapitre consiste finalement en une présentation des résonances noires sélectives en vitesse. A côté d'une étude théorique détaillée, nous présentons la mise en évidence expérimentale de cet effet: nous avons en effet réussi à comprimer à une dimension la distribution des vitesses en-dessous de la vitesse de recul \hbar k/M d'un seul photon.
Cette these etudie deux caracteristiques de l'helium importantes pour le refroidissement radiatif. Dans une premiere partie, on mesure le taux de pertes a deux corps dans un piege magneto-optique d'helium metastable. Ces pertes, accentuees en presence d'une irradiation quasi-resonante, sont principalement dues aux collisions ionisantes entre deux atomes d'helium metastable. On mesure le taux de pertes en etudiant l'evolution du nombre d'atomes dans le piege magneto-optique par observation de la fluorescence des atomes ou des ions produits par les collisions. Nous etudions aussi les variations de ce taux en fonction du desaccord des lasers piege. La deuxieme partie de la these est consacree a la description des experiences nous ayant permis de mesurer les taux de transition des raies interdites 2 3p 1-1 1s 0 et 2 3p 2-1 1s 0 de l'helium. Ces transitions limitent les performances des experiences de refroidissement radiatif. En effet, les atomes excites de l'etat metastable vers l'etat 2 3p 1 ou 2 3p 2 par les lasers de refroidissement peuvent se desexciter vers le niveau fondamental. Ils sont alors perdus pour la suite des experiences. Dans une premiere experience nous mesurons le taux de transition de 2 3p 1-1 1s 0 en excitant avec un laser une petite fraction d'atomes contenus dans un piege magneto-optique d'helium metastable vers l'etat 2 3p 1. On observe une baisse de la duree de vie du piege magneto-optique qui est la signature de la fuite des atomes vers l'etat fondamental. Dans une deuxieme experience, nous mesurons le rapport des taux de transition de 2 3p 2 et 2 3p 1 vers 1 1s 0 en effectuant le rapport des flux de photons uv emis par atome se desexcitant par l'une et l'autre des deux transitions interdites. D'apres la premiere experience, nous en deduisons le taux de transition de 2 3p 2 -1 1s 0. La determination independante de ces taux par estimation du flux absolu de photons uv emis par les atomes est compatible avec les resultats des deux premieres experiences.
machine pour métastable hélium : Une enquête sur les attributs de piégeage, de refroidissement et de détection de métastable hélium Cette thèse décrit le travail accompli au cours des trois dernières années sur la nouvelle expérience d’Hélium métastable de l'Institut d'Optique à Palaiseau.Le premier chapitre décrit une étude visant à améliorer à la fois l'efficacité et la précision du système de détection par galettes à micro-canaux (MCP). Nous avons fait des mesures avec des galettes recouvertes d'une couche d'or sur la face avant, obtenant un accroissement de l'efficacité de détection mais également une réduction de la précision. L'ajout d'une tension intermédiaires entre les deux galettes empilées a au contraire améliorer à la fois l'efficacité et la précision des MCP, en l’absence d’une couche d’or.Le deuxième chapitre est consacré à la construction de l'appareil expérimental pour le refroidissement et le piégeage d’atomes. L’excitation de l'état fondamental de l’Hélium à l'état métastable est décrite, ainsi que la collimation et le refroidissement ultérieur par Zeeman lent du faisceau atomique chaud résultant. Le faisceau ralenti est alors capturé dans un piège magnéto-optique (PMO), dans lequel nous avons capturé 8x108 atomes.Dans le troisième chapitre une étude originale du refroidissement Doppler tridimensionnel dans un PMO et une mélasse désaccordée vers le rouge de la transition atomique est discutée. L’atome d’Hélium métastable est unique et ses propriétés ont permis une telle étude. En effet, les faibles densités atomiques impliquent qu’il n'y a pas de diffusion multiple de photons d’une part, et la faible masse et la faible largeur de la transition 23S1 -> 23P2 rend inefficace les processus de refroidissement sous la limite Doppler. Ces conditions nous ont permis d’observer pour la première fois à trois dimensions un gaz refroidit dans le régime Doppler.Le quatrième chapitre présente une étude sur les collisions dans un piège magnéto-optique d’Hélium métastable. Les collisions Penning induites par la lumière, en particulier à des intensités élevées et à des fréquences proches de la fréquence de transition, sont responsables de pertes élevées d’atomes piégés. Nous mesurons le coefficient de taux associé à ces pertes, Ksp = 2,8 ± 0,4 x 10-7cm3/ s.
Ce memoire presente de nouvelles approches experimentales et theoriques du refroidissement laser sub-recul par resonances noires. L'energie de recul est l'energie cinetique communiquee a un atome initialement immobile par l'absorption ou l'emission d'un seul photon. C'est une echelle importante dans le refroidissement d'atomes par laser, franchie pour la premiere fois en 1988, sur un jet d'helium metastable, grace a la methode des resonances noires selectives en vitesse. Ce travail porte sur les developpements de cette methode, d'une part dans le regime des temps longs, d'autre part a plusieurs dimensions. Le nouveau schema experimental repose sur la realisation d'un piege laser d'atomes d'helium metastables ultrafroids, a partir duquel on lache en chute libre le nuage d'atomes pieges, dont les vitesses autorisent des temps d'interaction accrus par deux ordres de grandeur. Les champs magnetiques ont ete compenses a un milligauss pres par des experiences d'effet hanle mecanique. Les premieres experiences effectuees avec le nouveau dispositif ont permis d'atteindre un quarantieme de l'energie de recul (100 nanokelvins) a une dimension. La limite du recul a deux dimensions a pu etre franchie pour la premiere fois (un vingtieme de l'energie du recul soit 200 nanokelvins). Sur le plan theorique, on a developpe un nouveau type de simulations monte-carlo quantiques beaucoup plus efficaces que la resolution des equations de bloch optiques. On a pu explorer ainsi le regime des temps longs. Ces simulations ont suggere une approche statistique completement nouvelle du probleme, basee sur les statistiques de levy recemment introduites pour etudier la diffusion anormale. Cette approche a permis de confirmer une conjecture predisant une decroissance de la temperature atteinte comme l'inverse du temps d'interaction. Elle fournit egalement des resultats analytiques nouveaux, par exemple sur la proportion d'atomes refroidis ou sur le role de la dimensionnalite
Cette these presente deux experiences de manipulation d'un jet atomique de cesium a l'aide de faisceaux lasers suivant une dimension transverse. Dans la premiere experience, nous avons observe les effets de refroidissement doppler et sub-doppler sur le jet atomique pour differentes configurations de melasses. L'etude des deux transitions f=4f=5 et f=3f=2 de la raie d#2 du cesium montre que le desaccord entre la frequence laser et la frequence atomique doit etre negatif (rouge) dans le premier cas et positif (bleu) dans le second. Nous avons aussi mis en evidence que, sous l'effet d'un champ magnetique statique, les melasses ne se produisent plus autour de la vitesse transverse nulle mais aussi autour de vitesses non nulles, qui evoluent lineairement avec la valeur de ce champ magnetique. La seconde experience concerne le transfert adiabatique de population et de quantite de mouvement dans le cas de la transition f=4f=4 de la raie d#2 du cesium. Dans une configuration #+-#- du champ electromagnetique, la transition f=4f=4 presente un etat piege quelque soit l'etat du champ. Le transfert adiabatique consiste a maintenir l'atome dans l'etat piege lorsque l'etat du champ electromagnetique varie lentement. Ce processus ne fait pas intervenir l'emission spontanee et les coherences internes de l'atome sont conservees. Dans les meilleures conditions experimentales, nous avons obtenu un taux de transfert adiabatique d'environ 55%. Cette limitation est due a la presence des niveaux hyperfins voisins f'=3 et 5 du niveau excite. Nous avons mis en evidence la tres grande selectivite en vitesse de ce processus lorsque les champs #+ et #- se propagent en sens oppose.