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.
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.
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.
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.
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.
Cette thèse porte principalement sur la spectroscopie de bruit de spin de l'hélium métastable.Nous rapportons pour la première fois dans cette thèse la mesure du bruit de spin spontané d'un ensemble d'atomes d'hélium métastable en utilisant la spectroscopie de bruit de spin non invasive.Nous utilisons un laser hors résonance pour étudier les fluctuations aléatoires des sous-niveaux Zeeman du niveau métastable de l'hélium sous un champ magnétique relativement faible d'environ 1 Gauss. De plus, nous examinons les changements dans le spectre lorsque la sonde s'approche de la résonance.Nous étudions les deux principaux types de bruit de polarisation de la sonde, à savoir le bruit de rotation de Faraday et le bruit d'ellipticité. Pour reproduire qualitativement et quantitativement le signal de bruit de spin expérimental, nous construisons un modèle de simulation qui fonctionne bien même près de la résonance.Après l'étude de la transition la plus simple de l'hélium métastable, nous étudions la spectroscopie de bruit de spin aux transitions de l'hélium métastable avec des structures plus compliquées.Nos résultats de simulation sont cohérents avec les résultats expérimentaux, qui sont distincts de ceux obtenus en utilisant la structure de niveau la plus simple. Pour expliquer les caractéristiques du SNS près des différentes transitions, nous avons développé un modèle théorique complet basé sur le modèle d'états de superposition.Nous avons ensuite étudié la corrélation entre le bruit de rotation de Faraday et le bruit d'ellipticité. En utilisant les huit modes de bruit du spin-1, nous sommes capables d'expliquer les corrélations dans différentes conditions. De plus, nous avons étudié l'effet du bruit du champ magnétique sur le modèle SNS. On a constaté que le bruit du champ magnétique altérait le spectre de bruit, et la théorie des huit modes de bruit est capable d'expliquer correctement ce phénomène.Ce travail de thèse sert principalement de preuve de principe. La structure de niveaux simple de l'hélium métastable a fourni un modèle idéal pour étudier le phénomène de spectroscopie de bruit de spin dans les systèmes de spin-1. Ces résultats offrent une nouvelle perspective pour comprendre le SNS et la caractérisation des systèmes de spin-1, ce qui peut aider à poursuivre les recherches dans ce domaine.
Spectroscopie de bruit de spin dans l'hélium métatable Cette thèse porte principalement sur la spectroscopie de bruit de spin de l'hélium métastable.Nous rapportons pour la première fois dans cette thèse la mesure du bruit de spin spontané d'un ensemble d'atomes d'hélium métastable en utilisant la spectroscopie de bruit de spin non invasive.Nous utilisons un laser hors résonance pour étudier les fluctuations aléatoires des sous-niveaux Zeeman du niveau métastable de l'hélium sous un champ magnétique relativement faible d'environ 1 Gauss. De plus, nous examinons les changements dans le spectre lorsque la sonde s'approche de la résonance.Nous étudions les deux principaux types de bruit de polarisation de la sonde, à savoir le bruit de rotation de Faraday et le bruit d'ellipticité. Pour reproduire qualitativement et quantitativement le signal de bruit de spin expérimental, nous construisons un modèle de simulation qui fonctionne bien même près de la résonance.Après l'étude de la transition la plus simple de l'hélium métastable, nous étudions la spectroscopie de bruit de spin aux transitions de l'hélium métastable avec des structures plus compliquées.Nos résultats de simulation sont cohérents avec les résultats expérimentaux, qui sont distincts de ceux obtenus en utilisant la structure de niveau la plus simple. Pour expliquer les caractéristiques du SNS près des différentes transitions, nous avons développé un modèle théorique complet basé sur le modèle d'états de superposition.Nous avons ensuite étudié la corrélation entre le bruit de rotation de Faraday et le bruit d'ellipticité. En utilisant les huit modes de bruit du spin-1, nous sommes capables d'expliquer les corrélations dans différentes conditions. De plus, nous avons étudié l'effet du bruit du champ magnétique sur le modèle SNS. On a constaté que le bruit du champ magnétique altérait le spectre de bruit, et la théorie des huit modes de bruit est capable d'expliquer correctement ce phénomène.Ce travail de thèse sert principalement de preuve de principe. La structure de niveaux simple de l'hélium métastable a fourni un modèle idéal pour étudier le phénomène de spectroscopie de bruit de spin dans les systèmes de spin-1. Ces résultats offrent une nouvelle perspective pour comprendre le SNS et la caractérisation des systèmes de spin-1, ce qui peut aider à poursuivre les recherches dans ce domaine.
Des expériences récentes ont montré que l'on peut observer des transitions dipolaires magnétiques n'obéissant pas aux règles de sélection Δm = ± 1,0 (m étant la projection du moment angulaire total de l'atome sur le champ statique H0). L'influence d'un champ magnétique oscillant de pulsation ω sur les sous-niveaux Zeeman d'un atome a été étudiée d'une façon assez détaillée. Trois cas sont à distinguer : 1) Le champ perturbateur est un champ tournant perpendiculaire à H0 (pulsation ω, amplitude H1 ). Il y a résonance chaque fois que la pulsation ω obéit à l'équation E(m) — E(m') = ħω(m — m') E(m) étant l'énergie d'un état m. Au voisinage d'une résonance, il est possible de calculer complètement la probabilité de transition. 2) Le champ oscillant est un champ elliptique (d'orientation quelconque par rapport à H 0). Un nouveau type de résonance apparaît alors. Supposons par exemple J = 1/2 (I = 0) ; en plus de la résonance ħ ω = E(+ 1/2) — E(— 1/2) obtenu dans le 1er cas, on montre qu'il y a résonance chaque fois que la relation pħ ω = E(+ 1/2) — E(—1/2) est vérifiée (p entier quelconque). L'existence de telles transitions peut se comprendre en invoquant la loi de conversation du moment angulaire total du système constitué par l'atome et les photons de radiofréquence. 3) Il y a deux champs oscillants à des fréquences différentes ω et ω' : Dans le cas J = 1/2 I = 0. Il y a résonance chaque fois que E(1/2) — E(—1/2) = ħ(p ω + q ω') (p, q entier positif ou négatif). Dans les trois cas, nous avons calculé les déplacements, largeurs et intensités des résonances en fonction de l'intensité H1 du champ de radiofréquence. Ces théories ont été vérifiées expérimentalement sur l'état fondamental de l'atome de sodium (J = 1/2, I = 3/2). Nous avons employé une vapeur saturante de sodium orientée optiquement en présence d'un gaz étranger. Les résonances sont détectées optiquement. Les vérifications ont porté sur les points suivants : 1) Mise en évidence des résonances multiples, 2) position des résonances, 3) variation de leur largeur et de leur intensité avec H1. En particulier nous avons vérifié que les déplacements des résonances varient toujours comme H 21 alors que la largeur d'une résonance utilisant p quanta varie comme Hp1. L'accord entre la théorie et l'expérience est bon. Nous avons également mesuré les largeurs de raies pour de faibles niveaux de radiofréquence ce qui nous permet de déterminer la largeur de raie provenant de la relaxation. Elle est de l'ordre de 200 cycles.