Ce travail presente une analyse theorique et experimentale du processus de melange a quatre ondes produit par des impulsions intenses a large bande spectrale. La premiere partie est consacree aux effets de saturation produit par une seule impulsion de lumiere incoherente. L’inhibition du dephasage inhomogene par le champ aleatoire, lorsqu'il est suffisamment intense, est le principal resultat de cette etude. La seconde partie decrit l'excitation du systeme atomique par deux impulsions correlees (obtenues par dedoublement, puis retard differentiel a partir d'une impulsion de lumiere incoherente initiale). Nous avons developpe une methode diagrammatique permettant de calculer le signal produit lorsqu'une des impulsions est forte et l'autre faible. Le resultat paradoxal de cette etude est qu'en champ intense des impulsions issues de sources independantes produisent le meme signal que des impulsions correlees des que le retard differentiel est superieur au temps de coherence des impulsions.
Ce travail presente une analyse theorique et experimentale du processus de melange a quatre ondes produit par des impulsions intenses a large bande spectrale. La premiere partie est consacree aux effets de saturation produit par une seule impulsion de lumiere incoherente. L’inhibition du dephasage inhomogene par le champ aleatoire, lorsqu'il est suffisamment intense, est le principal resultat de cette etude. La seconde partie decrit l'excitation du systeme atomique par deux impulsions correlees (obtenues par dedoublement, puis retard differentiel a partir d'une impulsion de lumiere incoherente initiale). Nous avons developpe une methode diagrammatique permettant de calculer le signal produit lorsqu'une des impulsions est forte et l'autre faible. Le resultat paradoxal de cette etude est qu'en champ intense des impulsions issues de sources independantes produisent le meme signal que des impulsions correlees des que le retard differentiel est superieur au temps de coherence des impulsions.
Ce memoire presente l'analyse theorique et experimentale d'un processus d'echo de photon stimule produit par une sequence d'impulsions lumineuses a large bande spectrale. Le temps de coherence τc de ces impulsions est tres inferieur a leur duree τL. Lorsque les deux premieres impulsions sont issues de la meme source, la limite de resolution temporelle est donnee par τc et non par τL. Nous appliquons cette propriete a l'etude d’une distribution de vitesse atomique caracterisee par une largeur Doppler ωD telle que: τc << ωD-1<<τL. Dans l'experience envisagee, le temps caracteristique ωD-1 associe a la largeur Doppler se mesure alors avec une resolution τc. Les effets de puissance sont examines en detail. L'analyse theorique s'appuie sur la theorie des equations differentielles a coefficients aleatoires. Il est etabli qu'aucune des methodes standards de resolution de ces equations ne s'applique a la situation envisagee. Les phenomenes transitoires coherents produits par des impulsions de lumiere incoherente semblent adaptes a l'etude de relaxations rapides, de battements quantiques de frequence elevee, ainsi qu'a l'echantillonnage rapide d'une largeur de raie inhomogene.
Ce memoire examine des effets induits par des champs lumineux stochastiques. Une premiere partie est consacree aux effets de puissance qui se produisent dans un systeme atomique excite dans une configuration experimentale de melange a quatre ondes resolu dans le temps. Le resultat paradoxal de cette etude est la mise en evidence, dans un systeme a trois niveaux en v, de structures temporelles plus courtes que le temps de correlation de la lumiere, alors que celui-ci constitue le parametre temporel le plus court du probleme. La deuxieme partie concerne le developpement d'une nouvelle technique d'echantillonnage pour l'analyse de phenomenes ultra-rapides en utilisant des impulsions faibles stochastiques de longue duree. Deux cas sont traites, celui de l'effet kerr induite par un champ chaotique intense et celui de la propagation d'une impulsion stochastique dans un milieu optiquement epais. Les experiences qui mettent en evidence ces differents effets donnent toutes lieu a une interpretation theorique complete
Ce travail presente une etude theorique et experimentale de la correlation de champ et du melange a quatre ondes dans deux domaines d'applications: la spectroscopie resolue en temps en lumiere incoherente et le traitement optique de l'information. L'etude spectroscopique est consacree au probleme de la mesure de temps de vie atomique en lumiere incoherente. Elle est motivee par la faible sensibilite des methodes deja experimentees. Elle comprend un travail theorique, qui met en evidence les raisons de l'inadequation de ces methodes, ou l'on detecte l'energie du signal, et montre que la detection par correlation de champ est mieux adaptee a l'utilisation de la lumiere incoherente. Une des methodes de correlation a ete experimentee. Les resultats confirment les predictions theoriques. L'experience a montre la necessite de developper un correlateur d'amplitude de grande sensibilite. Deux correlateurs, fonctionnant selon deux principes differents, ont ete realises. Leur caracterisation a permis de degager les facteurs determinant leur sensibilite dans une situation experimentale, et de specifier leurs domaines d'applications privilegies respectifs. Dans la derniere partie de ce travail, on s'est interesse au stockage des images dans la bande d'absorption des materiaux montrant la propriete de hole burning spectral permanent. On propose une nouvelle methode pour coder les differentes images stockees, qui doit permettre d'acceder aux images a la cadence video. Cette methode exploite le melange a quatre ondes et la correlation de champ comme technique de reconnaissance de forme temporelle pour acceder aux images. L'etude theorique approfondie que nous avons menee demontre la validite de cette approche dans un contexte experimental
L'objet de ce travail est d'etudier le role des processus de dephasage dans les experiences de melange a quatre ondes (mqo). Dans un premier temps, l'attention est portee sur la mesure de temps de dephasage. La modelisation d'une experience de mqo faisant intervenir deux ou trois impulsions, retardees les unes par rapport aux autres, conduit a une relation implicite reliant la position du maximum du signal, le temps de coherence des impulsions et le temps de dephasage, dans la limite d'elargissements inhomogenes importants. Des simulations numeriques montrent qu'elle demeure valable pour des elargissements au moins egaux a quelques largeurs homogenes. Ces resultats etendent le champ d'application de cette methode a l'evaluation de temps inferieurs au temps de coherence des impulsions. Dans un deuxieme temps, les proprietes optiques non lineaires de molecules polaires sont etudiees. Dans le cas d'excitations stationnaires, l'expression analytique de la polarisation est calculee en perturbation jusqu'au troisieme ordre. Le cas particulier du mqo degenere est envisage, notamment pour des frequences voisines de la demi-frequence de transition pour lesquelles un processus a deux photons est implique. Ce processus est absent des lors que les moments dipolaires permanents sont soit identiques dans les deux configurations electroniques, soit nuls. L'influence des dephasages, de la diffusion rotationnelle de ces molecules et des polarisations des champs est analysee. Finalement, le comportement en champs forts de ces systemes est considere et applique au cas de la conjugaison de phase. Theoriquement, le processus a deux photons peut conduire a des coefficients de reflexion plus eleves que ceux obtenus au voisinage de la resonance lorsque le dephasage pur est faible. Les conditions necessaires a l'obtention d'ondes conjuguees intenses sont discutees
Cette thèse concerne l'étude des effets de propagation subis par des impulsions lumineuses de faible intensité lorsqu'elles se propagent dans des systèmes atomiques soumis à des champs intenses. Nous explorons aussi bien le régime d'impulsions longues que courtes et nous analysons les phénomènes qui se produisent à ces échelles de temps différents. En régime d'impulsions ultracourtes, un système atomique à deux niveaux soumis à un champ intense présente des déplacements lumineux transitoires, et des transitions non adiabatiques se produisent entre ces états. Nous avons étudié une méthode qui permette de sonder en temps réel ces déplacements lumineux en propageant un champ sonde de faible intensité. Les déplacements lumineux enrichissent le spectre de la sonde qui se trouve ainsi modifiée. Un système à deux niveaux peut se comporter alors comme un dispositif de mise en forme et peut induire sur le profil temporel d'une impulsion ultra courte des oscillations à une échelle de temps plus courte que la durée de l'impulsion. Nous montrons aussi qu'en excitant le système avec deux impulsions intenses non résonantes et décalées dans le temps, les effets non adiabatiques peuvent être dépendant de la phase. Ceci conduit à un contrôle très sensible par la phase de la population excitée. Cet effet peut être utilisée pour créer de nouvelles techniques en interférométrie. En régime d'impulsions longues, nous présentons une nouvelle méthode de ralentissement de la lumière qui peut être réalisée dans un système à deux niveaux double interagissant avec deux impulsions de lumière polarisées orthogonalement et se propageant selon des axes différents. La dépendance spatio-temporelle de la polarisation totale induit un réseau dans la cohérence Zeeman du fondamental. Le champ le plus intense (champ de contrôle) est diffracté par ce réseau dans la direction du champ sonde de faible intensité compensant l'absorption de ce dernier. Une fenêtre de transparence est alors créée dans le spectre d'absorption de ce champ conduisant au ralentissement de la lumière. La fenêtre de transparence exhibe alors des caractéristiques similaires à ceux obtenus par la méthode EIT (electromagnetic induced transparency). Toutefois la différence importante avec la méthode EIT est que dans notre cas aucun état noir n'est créé dans le système. Ceci ouvre la voie à la possibilité de ralentir la lumière dans des systèmes plus complexes. D'autre part, quand l'absorption (linéaire) du système est éliminée, la réponse non linéaire devient plus importante. Dans la situation où les champs se propagent dans la même direction et ont même fréquence, deux régimes d'interactions ont été étudiés. Pour de faibles épaisseurs optiques, la susceptibilité effective se comporte comme X line 2iphi avec phi la différence de phase entre champs. Ceci rend alors possible le contrôle de la réponse du milieu par la phase. Le milieu peut se transformer d'un absorbant à un amplificateur avec une dispersion normale ou anormale en ajustant la phase relative phi. En régime de large épaisseur optique, la saturation de la phase se produit et la susceptibilité effective se trouve changée en Xlin*, modifiant un absorbant en un amplificateur sans affecter la réponse dispersive.
Cette thèse présente l'étude des phénomènes transitoires lors de l'interaction d'un atome à deux niveaux avec des impulsions quantifiées. Dans une première partie nous rappelons les bases théoriques sur lesquelles s'appuie ce manuscrit. Dans un traitement semi-classique du problème, où le champ n'est pas traité quantiquement, nous montrons qu'il est possible de réaliser des transitions non-adiabatiques à l'aide d'impulsions lumineuses non-résonantes en régime de couplage fort. Nous introduisons ensuite le modèle de Jaynes-Cummings qui permet de traiter l'ensemble du système quantiquement, pour un champ mono-mode. Dans une seconde partie, nous étudions la situation d'un atome à deux niveaux traversant un micro-maser mono-mode. Dans ce cas, ce n'est pas le champs qui est transitoire mais le terme de couplage avec l'atome. La modulation du profil du champ contenu dans la cavité permet de réaliser des transitions non-adiabatiques. \nLe système se propage alors, à l'intérieur de la cavité, dans une superposition d'états adiabatiques. L'état final en sortie de la cavité peut être compris à l'aide d'un schéma d'interférence de type Ramsay. Lorsque l'énergie incidente de l'atome est du même ordre du grandeur que l'énergie d'interaction, le déplacement du centre de masse doit être quantifié afin de prendre correctement en compte les couplages opto-mécaniques. Nous développons pour cela une approche temporelle, en définissant plusieurs temps, associés aux différents états adiabatiques. Nous étudions dans les parties suivantes les configurations où un ou deux atomes sont confinés dans un guide d'onde à une dimension. \nCette configuration permet d'obtenir un régime de couplage fort, même pour un paquet d'onde à un seul photon. Dans le cas où il n'y a qu'un seul atome nous démontrons un théorème contraignant l'aire de l'impulsion transmise. En effet, pour un régime de couplage arbitraire, l'aire de l'impulsion transmise est systématiquement nulle. La contrepartie dans le domaine spectral est que la fréquence centrale de l'impulsion, résonante avec la transition atomique, est totalement réfléchie. Dans le cas où deux atomes sont présents dans le guide d'onde, nous explorons les processus d'échanges de photons entre ces atomes. Afin de traiter correctement l'influence des photons virtuels, nous montrons que l'approximation de l'onde tournante ne doit pas être faite. La dynamique des champs rayonnés est alors comprise en la reliant aux états retardés de Dicke. L'échange de photons virtuels conduit à une modification des niveaux de ces états et à une modification significative des spectres rayonnés. L'influence de ces photons virtuels peut être modulée, et même supprimée, en ajustant la distance inter-atomique. Nous montrons que le théorème contraignant l'aire de l'impulsion reste valable dans cette situation. Finalement nous traitons dans une dernière partie de l'interaction d'un atome à deux niveaux contenus dans un guide d'onde avec des champs non-classiques arbitraires. Pour cela, nous développons une nouvelle méthode en quantifiant le flux électromagnétique. Cette méthode à la particularité de définir de nouveaux états adiabatiques globaux, similaires à ceux utilisés dans les théories semi-classiques. Cette caractéristique permet de retrouver les résultats semi-classiques dans le cas où le champ est composé d'états cohérents à grand nombre de photons. Dans le cas général, la nouvelle structure des états adiabatiques est organisée en bandes d'états. Chaque bande du modèle quantique correspond à un état unique dans le modèle semi-classique. Nous faisons alors la distinction entre couplage intra- et inter-bandes.