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Journal de physique

Relations entre l'état angulaire d'une vapeur atomique soumise au pompage optique et ses propriétés d'absorption et de dispersion. - Première Partie

Franck Laloë, Michèle Leduc, P. Minguzzi

Published Jan 1, 1969• 40 citations
Publisher

Abstract

Cet article est consacré à l'étude de l'optimisation des signaux de détection optique obtenus dans une expérience de pompage optique. Les formules générales obtenues dans des publications antérieures sont explicitées en fonction des divers paramètres intervenant dans une expérience : direction de propagation du faisceau lumineux, composition spectrale, nature du polariseur et de l'analyseur ; on peut ainsi déterminer dans chaque cas particulier le montage qui permet de détecter dans les meilleures conditions les observables atomiques auxquelles on s'intéresse. Les calculs exposés font intervenir le formalisme des opérateurs tensoriels irréductibles. Dans un second article, nous montrerons comment les résultats obtenus de cette manière peuvent être établis à partir de considérations générales purement géométriques.

DOI
10.1051/jphys:01969003002-3027700

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Relations entre l'état angulaire d'une vapeur atomique soumise au pompage optique et ses propriétés d'absorption et de dispersion - Seconde Partie

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Spectroscopie à haute résolution en vapeur confinée

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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.

•Jan 1, 1998•3 citations

Modification de la matrice polarisation d'un faisceau lumineux lors de la traversée d'une vapeur atomique soumise au pompage optique. - Première Partie

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On étudie la propagation d'un faisceau lumineux dans une vapeur où les atomes subissent une résonance magnétique et sont décrits dans l'état fondamental par une matrice densité quelconque σf(r, t), dépendant éventuellement de r. La polarisation de l'onde électromagnétique est caractérisée par une matrice π d'ordre deux dont on rappelle la définition et quelques propriétés. On calcule la différence πT — π I entre la polarisation du faisceau transmis et celle du faisceau incident. On trouve qu'en général πT — πI dépend non seulement des « populations » des sous-niveaux de l'état fondamental, mais encore des « cohérences hertziennes » entre ces sous-niveaux. Dans un second article, les formules générales obtenues seront appliquées à un certain nombre de cas particuliers intéressants.

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•Oct 2, 2009•0 citations

Du miroir au guide d'onde atomique : effets de rugosité

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Ce manuscrit regroupe les résultats obtenus sur deux expériences d'optique atomique. La première partie du mémoire est consacrée à l'étude de la rugosité d'un miroir atomique. Le potentiel lumineux d'une onde évanescente à la surface d'un prisme est utilisé pour réfléchir les atomes tombant d'un piège magnéto-optique. Nous présentons une méthode de mesure interférométrique du maintien de la cohérence de l'onde atomique incidente lors de sa réflexion sur le miroir. La deuxième partie du manuscrit s'intéresse à une expérience de puce atomique. Le champ magnétique rayonné par les fils microfabriqués qui constituent la puce nous permet de piéger et de manipuler des atomes froids. Nous avons obtenu un condensat de Bose-Einstein dans le piège créé par la puce. Ce piège s'avère être rugueux, nous mesurons et déterminons l'origine de cette rugosité. Enfin nous envisageons la réalisation d'éléments d'optique atomique intégrée, tel qu'un interféromètre, sur une puce atomique.

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Journal de physique•Jan 1, 1975•17 citations
Cet article est consacré à l'étude de l'optimisation des signaux de détection optique obtenus dans une expérience de pompage optique. Les formules générales obtenues dans des publications antérieures sont explicitées en fonction des divers paramètres intervenant dans une expérience : direction de propagation du faisceau lumineux, composition spectrale, nature du polariseur et de l'analyseur ; on peut ainsi déterminer dans chaque cas particulier le montage qui permet de détecter dans les meilleures conditions les observables atomiques auxquelles on s'intéresse. Les calculs exposés font intervenir le formalisme des opérateurs tensoriels irréductibles. Dans un second article, nous montrerons comment les résultats obtenus de cette manière peuvent être établis à partir de considérations générales purement géométriques.
On étudie dans cet article le lien qui existe entre l'anisotropie des propriétés optiques d'une vapeur atomique et les propriétés angulaires des atomes dans l'état fondamental. La direction du faisceau lumineux qui se propage dans la vapeur, ainsi que l'orientation et l'alignement des atomes sont quelconques ; l'influence de chaque observable de l'état fondamental est discutée de manière détaillée à partir d'un modèle géométrique. Ce dernier fait intervenir d'une manière qui est précisée au cours de l'article un vecteur pour caractériser l'orientation, un ellipsoïde pour l'alignement. On retrouve ainsi un certain nombre de prévisions théoriques établies de manière différente dans un précédent article.
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.
On étudie la propagation d'un faisceau lumineux dans une vapeur où les atomes subissent une résonance magnétique et sont décrits dans l'état fondamental par une matrice densité quelconque σf(r, t), dépendant éventuellement de r. La polarisation de l'onde électromagnétique est caractérisée par une matrice π d'ordre deux dont on rappelle la définition et quelques propriétés. On calcule la différence πT — π I entre la polarisation du faisceau transmis et celle du faisceau incident. On trouve qu'en général πT — πI dépend non seulement des « populations » des sous-niveaux de l'état fondamental, mais encore des « cohérences hertziennes » entre ces sous-niveaux. Dans un second article, les formules générales obtenues seront appliquées à un certain nombre de cas particuliers intéressants.
Nous nous intéressons dans cette thèse à deux phénomènes optiques pour lesquels l'influence du bruit de mesure est importante. Dans le premier cas, nous analysons comment une caractérisation précise du bruit permet d'estimer le degré de polarisation de la lumière rétrodiffusée par un objet, à partir d'une unique image d'intensité acquise sous éclairement cohérent. En déterminant une borne sur la variance minimale d'estimation (borne de Cramer-Rao), et en comparant les performances de différents estimateurs, nous caractérisons la précision d'une telle méthode d'estimation. En comparant les performances de cette technique aux performances de méthodes plus standard d'estimation du degré de polarisation qui nécessitent plusieurs images polarimétriques, nous discutons le compromis entre la simplification des systèmes d'imagerie polarimétrique et la diminution de la précision d'estimation.Dans la seconde partie de cette thèse, nous étudions comment lesperformances d'une tâche d'estimation de paramètre (estimation dedéplacement d'une image) ou de discrimination entre deux hypothèses peuvent être améliorées en utilisant des lumières sous-poissoniennes qui présentent un niveau de bruit quantique inférieur à celui d'un bruit poissonien standard. Dans ces deux cas, l'étude des bornes statistiques sur les performances de traitement et les résultats des simulations numériques effectuées nous permettent d'analyser le gain en performance que l'on peut espérer obtenir en remplaçant un faisceau poissonien par une lumière de même intensité présentant des fluctuations sous-poissoniennes.
Ce manuscrit regroupe les résultats obtenus sur deux expériences d'optique atomique. La première partie du mémoire est consacrée à l'étude de la rugosité d'un miroir atomique. Le potentiel lumineux d'une onde évanescente à la surface d'un prisme est utilisé pour réfléchir les atomes tombant d'un piège magnéto-optique. Nous présentons une méthode de mesure interférométrique du maintien de la cohérence de l'onde atomique incidente lors de sa réflexion sur le miroir. La deuxième partie du manuscrit s'intéresse à une expérience de puce atomique. Le champ magnétique rayonné par les fils microfabriqués qui constituent la puce nous permet de piéger et de manipuler des atomes froids. Nous avons obtenu un condensat de Bose-Einstein dans le piège créé par la puce. Ce piège s'avère être rugueux, nous mesurons et déterminons l'origine de cette rugosité. Enfin nous envisageons la réalisation d'éléments d'optique atomique intégrée, tel qu'un interféromètre, sur une puce atomique.
Nous présentons une analyse de quelques problèmes de physique atomique dans le formalisme des états cohérents du moment angulaire. Ces états peuvent être considérés comme les états quantiques associés au système classique dont le moment cinétique possède une direction déterminée. Dans la représentation associée aux états cohérents, tout élément diagonal d'une observable tend vers l'observable classique associée, lorsque le moment cinétique devient grand (limite classique). Par exemple, la valeur moyenne du moment dipolaire électrique dans un état cohérent possède les mêmes caractéristiques que le dipôle optique classique. La précession de Larmor dans un champ magnétique, ainsi que l'absorption, l'émission spontanée et l'émission induite de rayonnement sont analysées ici dans ce formalisme. Nous montrons en particulier qu'à la limite classique, l'absorption ou l'émission d'un photon ne change pas l'orientation du moment cinétique, contrairement à ce qui se passe pour les faibles valeurs du nombre quantique de rotation où la direction du moment cinétique peut être fortement perturbée. Dans un prochain article, nous nous servirons des résultats obtenus pour étudier le pompage optique avec un laser des niveaux de grands moments cinétiques.