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.
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.
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).
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.
Nous mettons en évidence les collisions d'échange de métastabilité dans le néon entre atomes dans l'état métastable Ne*(3P2) et dans l'état fondamental. Pour cela nous créons par pompage optique une orientation des atomes Ne* portés dans l'état métastable par une décharge dans du néon sous faible pression. Nous mesurons le taux de relaxation des Ne* par l'élargissement des courbes de résonance magnétique en fonction de la pression de néon. Les expériences portent sur des mélanges isotopiques comportant des proportions variables d'isotopes pairs et de 21Ne. Après un calcul des transferts d'orientation électronique et nucléaire au cours des collisions Ne*-Ne, nous déduisons des mesures d'élargissement une valeur de la section efficace d'échange de métastabilité dans le néon à 300 K : σ e = (22 ± 6) × 10-16 cm2. Cette valeur est compatible avec des calculs récents effectués à partir de déterminations ab-initio des potentiels moléculaires de Ne2.
Ce travail de thèse a consisté en une étude expérimentale de l’effet des collisions binaires entre atomes dans l’état 2³P d’une part et entre 2³P et 1¹S d’autre part sur les populations des sous-niveaux magnétiques de cet état excité. Les états 2³P, 2³S et 1¹S sont impliqués dans le pompage optique par échange de métastabilité de l’hélium et ces collisions sont soupçonnées d’en limiter l’efficacité. La caractérisation précise de l’effet des collisions a été réalisée par spectroscopie laser d’absorption sur la transition 2³P - 3³S, en utilisant une configuration de pompe-sonde doublement résonante. Une diode laser à 1083 nm, peuple sélectivement les sous-niveaux de l’état 2³P, ensuite sondés par une diode laser 706.5 nm, balayée sur toute la transition 2³P - 3³S. Nous présentons d’abord un calcul théorique des niveaux atomiques et des transitions optiques impliqués dans les isotopes de l’hélium. Puis nous décrivons les modèles simples d’équations d’évolution des populations, qui nous permettent d’interpréter les observations expérimentales, en considérant différents effets possibles, comme un changement interne du sous-niveau (mJ ou mF), de niveau J ou F, avec ou sans changement de la vitesse des atomes. À partir des spectres d’absorption enregistrés, nous identifions les populations des niveaux pompés ainsi que celles résultant de changements de niveaux. La première série de résultats de l’étude expérimentale des écarts de fréquence des raies d’absorption est en excellent accord avec les valeurs attendues, compte tenu des structures Zeeman en présence d’un champ magnétique, la structure hyperfine pour l’état 3³S de l’³He et du décalage isotopique ³He - ⁴He. Ensuite, les formes des spectres d’absorption ont été étudiées en fonction de l’intensité de pompe utilisée. Enfin nous décrivons l’étude des effets de collisions dans l’⁴He, à diverses pressions (0.13 à 4.27 mbar). À partir des valeurs des aires des raies d’absorption, nous mesurons les populations dans chaque niveau de l’état 2³P, pour finalement déduire les taux de transfert par collision comparés à la littérature et discutés dans la perspective des limitations de la technique du pompage optique par échange de métastabilité.
Le calcul exact des propagateurs et des amplitudes de collision n'est possible que dans un tres petit nombre de cas. Une approximation s'impose dans les autres cas. Cette these utilise la theorie du champ moyen independant du temps (timf), basee sur un principe variationnel. Nous derivons d'abord la generalisation du formalisme timf necessaire pour y inclure l'antisymetrisation entre cible et projectile. Les equations dynamiques obtenues ressemblent a celles d'hartree-fock mais comportent un terme supplementaire inhomogene, representatif des flux entrants ou sortants. Pour demontrer la que ces equations peuvent etre resolues numeriquement, nous entreprenons le calcul de la diffusion elastique - a l'avant. Malgre leur non linearite, ces equations se resolvent assez facilement. Ceci prouve que la timf peut tenir compte de l'antisymetrisation entre les fermions constitutifs des noyaux, ce qui etend considerablement le champ d'application de cette approximation timf. Cette these valide egalement la methode timf pour une interaction avec une force a longue portee. La fonction de green coulombienne, pour un systeme a deux particules, est reproduite avec succes par la timf. Par extension au probleme a trois corps, la description, a l'aide de cette approche, de l'atome d'helium a ete consideree. Les resultats obtenus montrent que la timf peut estimer des temps de vie d'etats de rydberg et permet la mise a jour d'effets de brisures de symetries qui peuvent indiquer un seuil proche ou une possible autoionisation
Ce travail de thèse a consisté en une étude expérimentale de l’effet des collisions binaires entre atomes dans l’état 2³P d’une part et entre 2³P et 1¹S d’autre part sur les populations des sous-niveaux magnétiques de cet état excité. Les états 2³P, 2³S et 1¹S sont impliqués dans le pompage optique par échange de métastabilité de l’hélium et ces collisions sont soupçonnées d’en limiter l’efficacité. La caractérisation précise de l’effet des collisions a été réalisée par spectroscopie laser d’absorption sur la transition 2³P - 3³S, en utilisant une configuration de pompe-sonde doublement résonante. Une diode laser à 1083 nm, peuple sélectivement les sous-niveaux de l’état 2³P, ensuite sondés par une diode laser 706.5 nm, balayée sur toute la transition 2³P - 3³S. Nous présentons d’abord un calcul théorique des niveaux atomiques et des transitions optiques impliqués dans les isotopes de l’hélium. Puis nous décrivons les modèles simples d’équations d’évolution des populations, qui nous permettent d’interpréter les observations expérimentales, en considérant différents effets possibles, comme un changement interne du sous-niveau (mJ ou mF), de niveau J ou F, avec ou sans changement de la vitesse des atomes. À partir des spectres d’absorption enregistrés, nous identifions les populations des niveaux pompés ainsi que celles résultant de changements de niveaux. La première série de résultats de l’étude expérimentale des écarts de fréquence des raies d’absorption est en excellent accord avec les valeurs attendues, compte tenu des structures Zeeman en présence d’un champ magnétique, la structure hyperfine pour l’état 3³S de l’³He et du décalage isotopique ³He - ⁴He. Ensuite, les formes des spectres d’absorption ont été étudiées en fonction de l’intensité de pompe utilisée. Enfin nous décrivons l’étude des effets de collisions dans l’⁴He, à diverses pressions (0.13 à 4.27 mbar). À partir des valeurs des aires des raies d’absorption, nous mesurons les populations dans chaque niveau de l’état 2³P, pour finalement déduire les taux de transfert par collision comparés à la littérature et discutés dans la perspective des limitations de la technique du pompage optique par échange de métastabilité.