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Annales de Physique

Collisions atomiques et spectroscopie laser cohérente résolue dans le temps

J.-L. Le Gouët

Published Jan 1, 1983• 5 citations
Publisher

Abstract

Un parallèle est établi entre l’absorption saturée et différents processus du type “écho de photon”, dans la perspective de leur application à l’étude des collisions atomiques dans les gaz à basse pression. Les particularités des échos de photon sont mises en évidence sur les exemples de l’écho de photon stimulé et de l’écho de photon “classique”. Les résultats expérimentaux récents sont brièvement passés en revue. L’application de la méthode d’écho de photon à l’étude de collisions inélastiques quasi-résonnantes est envisagée.

DOI
10.1051/anphys/198308080169

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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).

Annales de Physique•Jan 1, 1985•0 citations

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Le but de cette these consiste en l'etude de phenomenes de collisions et la mise en evidence d'effets collectifs entre atomes refroidis par laser. Elle est divisee en trois parties distinctes: pour pouvoir observer des collisions entre atomes froids, il est necessaire de mettre en place des dispositifs livrants des echantillons d'atomes froids denses. Une premiere partie s'occupe des experiences de mise en place et d'amelioration d'un piege magneto-optique a deux dimensions. Avec un tel dispositif, on a ete capable de comprimer des jets ralentis sur un diametre de 200 micrometres, tout en augmentant la densite d'un facteur 300. Desirant connaitre le comportement d'atomes de rydberg en presence de champs electriques externes, on a entrepris des experiences spectroscopiques de croisements evites entre etats stark du cesium. Le developpement d'une nouvelle methode profitant de la dependance du chemin d'ionisation sur les croisements evites a permis de les caracteriser jusqu'a des largeurs de 30 mhz. La troisieme partie de cette these detaille les experiences de collisions resonnantes entre atomes de rydberg qui ont ete realisees sur des atomes de cesium d'un jet thermique et d'un piege magneto-optique a trois dimensions. En examinant les resultats obtenus, on observe une nette difference entre ces deux regimes de collisions. Les collisions thermiques sont correctement decrites en tant que processus de collision entre deux atomes isoles, presentant une section efficace et une vitesse de collision. Dans le cas d'atomes ultra-froids, la vitesse de collision devient nulle et le temps de collision excede la duree de vie des atomes de rydberg impliques. Ceux-ci voient une interaction constante qui depend du nombre et de la densite de partenaires de collision. On assiste ainsi a des effets collectifs entre atomes de rydberg qui sont figes dans une sorte de gaz gele ou de cristal desordonne

•Jan 1, 1996•0 citations

Collisions de particules lourdes à basse énergie étudiées par la technique des faisceaux croisés

J. Berlande

On passe en revue les divers thèmes de recherche de la physique des collisions à basse énergie (collisions élastiques et inélastiques) et les résultats récents. L’apport des nouvelles techniques expérimentales (faisceaux supersoniques, lasers accordables) est souligné. On met l’accent sur les recherches théoriques et expérimentales concernant certains processus inélastiques, transition de structure fine et quenching du premier état excité des alcalins par divers partenaires atomiques et moléculaires, qui ont permis une bonne connaissance des interactions et des couplages dynamiques mis en jeu. Les retombées de ces recherches sont soulignées.

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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

Spectroscopie par correlations d'intensite d'atomes refroidis par laser. Application a l'etude de la dynamique et du transport dans les reseaux atomiques

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Cette these porte sur l'etude experimentale et theorique des correlations de photons diffuses par des atomes refroidis par laser. Le spectre de correlations d'intensite (ou, dans le domaine temporel, la fonction de correlations) fournit differents types d'information selon la nature de l'echantillon atomique. Dans le cas d'un gaz d'atomes desordonne, nous montrons qu'il permet de mesurer la temperature de l'echantillon mais c'est dans le cadre de l'etude de la dynamique atomique dans un potentiel optique tridimensionnel et periodique (un reseau atomique) que la technique se revele la plus interessante. Les spectres et fonctions de correlations, interpretes grace a des modeles numeriques que nous exposons en detail, donnent en effet acces aux proprietes du transport des atomes dans le reseau, a petite comme a grande echelle. A l'instar d'autres techniques eprouvees, les correlations d'intensite permettent de caracteriser en detail la dynamique locale et le mouvement vibrationnel. Pour tirer parti de la nature particuliere de la polarisation de la lumiere diffusee dans les reseaux que nous etudions, nous introduisons la technique des correlations d'intensite selectives en polarisation qui nous permet d'obtenir des resultats originaux. En particulier, la fonction de correlations croisees entre composantes de polarisation differente met en evidence la nature diffusive du mouvement atomique dans certaines directions et porte la signature d'un nouvel effet de degroupement de photons

•Jan 1, 1996•1 citation

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•Jan 1, 1998•3 citations
Un parallèle est établi entre l’absorption saturée et différents processus du type “écho de photon”, dans la perspective de leur application à l’étude des collisions atomiques dans les gaz à basse pression. Les particularités des échos de photon sont mises en évidence sur les exemples de l’écho de photon stimulé et de l’écho de photon “classique”. Les résultats expérimentaux récents sont brièvement passés en revue. L’application de la méthode d’écho de photon à l’étude de collisions inélastiques quasi-résonnantes est envisagée.
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).
Le but de cette these consiste en l'etude de phenomenes de collisions et la mise en evidence d'effets collectifs entre atomes refroidis par laser. Elle est divisee en trois parties distinctes: pour pouvoir observer des collisions entre atomes froids, il est necessaire de mettre en place des dispositifs livrants des echantillons d'atomes froids denses. Une premiere partie s'occupe des experiences de mise en place et d'amelioration d'un piege magneto-optique a deux dimensions. Avec un tel dispositif, on a ete capable de comprimer des jets ralentis sur un diametre de 200 micrometres, tout en augmentant la densite d'un facteur 300. Desirant connaitre le comportement d'atomes de rydberg en presence de champs electriques externes, on a entrepris des experiences spectroscopiques de croisements evites entre etats stark du cesium. Le developpement d'une nouvelle methode profitant de la dependance du chemin d'ionisation sur les croisements evites a permis de les caracteriser jusqu'a des largeurs de 30 mhz. La troisieme partie de cette these detaille les experiences de collisions resonnantes entre atomes de rydberg qui ont ete realisees sur des atomes de cesium d'un jet thermique et d'un piege magneto-optique a trois dimensions. En examinant les resultats obtenus, on observe une nette difference entre ces deux regimes de collisions. Les collisions thermiques sont correctement decrites en tant que processus de collision entre deux atomes isoles, presentant une section efficace et une vitesse de collision. Dans le cas d'atomes ultra-froids, la vitesse de collision devient nulle et le temps de collision excede la duree de vie des atomes de rydberg impliques. Ceux-ci voient une interaction constante qui depend du nombre et de la densite de partenaires de collision. On assiste ainsi a des effets collectifs entre atomes de rydberg qui sont figes dans une sorte de gaz gele ou de cristal desordonne
On passe en revue les divers thèmes de recherche de la physique des collisions à basse énergie (collisions élastiques et inélastiques) et les résultats récents. L’apport des nouvelles techniques expérimentales (faisceaux supersoniques, lasers accordables) est souligné. On met l’accent sur les recherches théoriques et expérimentales concernant certains processus inélastiques, transition de structure fine et quenching du premier état excité des alcalins par divers partenaires atomiques et moléculaires, qui ont permis une bonne connaissance des interactions et des couplages dynamiques mis en jeu. Les retombées de ces recherches sont soulignées.
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.
Cette these porte sur l'etude experimentale et theorique des correlations de photons diffuses par des atomes refroidis par laser. Le spectre de correlations d'intensite (ou, dans le domaine temporel, la fonction de correlations) fournit differents types d'information selon la nature de l'echantillon atomique. Dans le cas d'un gaz d'atomes desordonne, nous montrons qu'il permet de mesurer la temperature de l'echantillon mais c'est dans le cadre de l'etude de la dynamique atomique dans un potentiel optique tridimensionnel et periodique (un reseau atomique) que la technique se revele la plus interessante. Les spectres et fonctions de correlations, interpretes grace a des modeles numeriques que nous exposons en detail, donnent en effet acces aux proprietes du transport des atomes dans le reseau, a petite comme a grande echelle. A l'instar d'autres techniques eprouvees, les correlations d'intensite permettent de caracteriser en detail la dynamique locale et le mouvement vibrationnel. Pour tirer parti de la nature particuliere de la polarisation de la lumiere diffusee dans les reseaux que nous etudions, nous introduisons la technique des correlations d'intensite selectives en polarisation qui nous permet d'obtenir des resultats originaux. En particulier, la fonction de correlations croisees entre composantes de polarisation differente met en evidence la nature diffusive du mouvement atomique dans certaines directions et porte la signature d'un nouvel effet de degroupement de photons
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.