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Journal de physique

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

Claude N. Cohen-Tannoudji, Franck Laloë

Published Jan 1, 1967• 44 citations
Publisher

Abstract

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.

DOI
10.1051/jphys:01967002807050500

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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.

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•Nov 27, 2019•0 citations
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.
Les formules générales obtenues dans un précédent article sont appliquées à un certain nombre de cas particuliers : isotopes impairs et isotopes pairs du mercure, alcalins. Dans le cas des isotopes impairs du mercure, on souligne l'analogie étroite entre l'équation qui donne la modification de polarisation lumineuse et celle qui décrit l'évolution de la matrice densité atomique σf. On étudie de façon détaillée le lien qui existe entre les propriétés de symétrie de σf et les « polarisations principales » de la vapeur. Dans le cas des isotopes pairs du mercure, on étudie l'effet d'un champ statique et d'un champ de radiofréquence sur la lumière transmise. Enfin, dans le cas des alcalins, on met en évidence des effets nouveaux liés à l'existence de « cohérences hyperfines ».
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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.
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