Cette thèse présente l'étude théorique et expérimentale du contrôle des phénomènes de propagation cohérente d'impulsions ultracourtes dans un milieu résonant optiquement dense. Dans une première partie, nous décrivons les phénomènes élémentaires des effets de propagation. L'épaisseur optique caractérise l'importance de la distorsion temporelle qui apparaît en général sur l'impulsion. A l'image des compensateurs à prismes ou à réseaux utilisés pour compenser la dispersion d'un milieu transparent, on montre que cette dispersion résonante peut être compensée par l'utilisation d'un façonneur d'impulsion haute résolution. Dans un second temps, nous développons l'idée de contrôler par un champ fort, les propriétés transitoires d'une autre impulsion faible et résonante qui se propage simultanément dans le milieu. Le champ fort induit des modifications transitoires dans le milieu, qui se répercutent et modifient par rayonnement le champ de l'impulsion résonante qui se propage. Dans un système à trois niveaux en échelle, des modulations visibles sur le profil temporel, révèlent les déplacements lumineux induits de manière non résonante sur les deux états excités. Leur durée caractéristique est plus courte que celle de l'impulsion initiale : il y a un enrichissement du spectre transmis. Ces oscillations résultent du battement entre le champ incident et le champ rayonné dont la fréquence varie sous l'effet des déplacements lumineux. L'excitation "bichromatique" d'un système à deux niveaux, présente deux configurations géométriques qui donnent accès à des informations différentes. En plus des phénomènes précédents qui apparaissent en configuration non colinéaire, les effets des transitions non adiabatiques induites par le champ de contrôle se manifestent également dans le cas colinéaire. Le champ faible est alors une sonde particulièrement sensible à ces effets. Nous étudions enfin une configuration où les deux impulsions, polarisées orthogonalement, excitent de manière résonante un système à quatre niveaux dégénérés deux à deux. Puisque le champ fort mélange les états, les chemins d'émission et d'absorption du champ faible ont des poids équivalents. Ces deux chemins interfèrent modulant ainsi l'énergie de l'impulsion transmise. La combinaison des déplacements lumineux et de ces interférences, permet de contrôler aussi bien le gain que la forme temporelle de l'impulsion.
Cette thèse présente l'étude théorique et expérimentale du contrôle des phénomènes de propagation cohérente d'impulsions ultracourtes dans un milieu résonant optiquement dense. Dans une première partie, nous décrivons les phénomènes élémentaires des effets de propagation. L'épaisseur optique caractérise l'importance de la distorsion temporelle qui apparaît en général sur l'impulsion. A l'image des compensateurs à prismes ou à réseaux utilisés pour compenser la dispersion d'un milieu transparent, on montre que cette dispersion résonante peut être compensée par l'utilisation d'un façonneur d'impulsion haute résolution. Dans un second temps, nous développons l'idée de contrôler par un champ fort, les propriétés transitoires d'une autre impulsion faible et résonante qui se propage simultanément dans le milieu. Le champ fort induit des modifications transitoires dans le milieu, qui se répercutent et modifient par rayonnement le champ de l'impulsion résonante qui se propage. Dans un système à trois niveaux en échelle, des modulations visibles sur le profil temporel, révèlent les déplacements lumineux induits de manière non résonante sur les deux états excités. Leur durée caractéristique est plus courte que celle de l'impulsion initiale : il y a un enrichissement du spectre transmis. Ces oscillations résultent du battement entre le champ incident et le champ rayonné dont la fréquence varie sous l'effet des déplacements lumineux. L'excitation "bichromatique" d'un système à deux niveaux, présente deux configurations géométriques qui donnent accès à des informations différentes. En plus des phénomènes précédents qui apparaissent en configuration non colinéaire, les effets des transitions non adiabatiques induites par le champ de contrôle se manifestent également dans le cas colinéaire. Le champ faible est alors une sonde particulièrement sensible à ces effets. Nous étudions enfin une configuration où les deux impulsions, polarisées orthogonalement, excitent de manière résonante un système à quatre niveaux dégénérés deux à deux. Puisque le champ fort mélange les états, les chemins d'émission et d'absorption du champ faible ont des poids équivalents. Ces deux chemins interfèrent modulant ainsi l'énergie de l'impulsion transmise. La combinaison des déplacements lumineux et de ces interférences, permet de contrôler aussi bien le gain que la forme temporelle de l'impulsion.
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.
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
Cette thèse présente l'étude théorique et expérimentale de la mise en forme et de la caractérisation d'impulsions courtes dans l'ultraviolet ainsi que l'utilisation du façonnage pour le contrôle cohérent de systèmes simples. \nTrois grandes directions ont été suivies, dans un premier temps, nous présentons les caractéristiques et le fonctionnement d'un filtre dispersif acousto-optique programmable et son utilisation pour produire des impulsions femtosecondes de profil temporel arbitraire dans le domaine ultraviolet. Les limitations de ce dispositif ainsi que les résultats obtenus sont ensuite présentés et discutés. \nDans un deuxième temps, un autre façonneur dans l'infrarouge est utilisé pour montrer comment le contrôle cohérent de paquet d'ondes atomiques, moléculaires ou optiques permet la factorisation de grands nombres par l'utilisation d'une somme de Gauss. Une étude théorique en est faite ainsi que des expériences ou un nombre de 13 chiffres est factorisé. Cette technique est comparée à la factorisation quantique utilisant l'algorithme de Shor. \nEnfin, des schémas de contrôle, utilisant ce même façonneur, ont été mis en œuvre avec succès sur l'atome de rubidium. Ces expériences, de type pompe-sonde, reposent sur le contrôle et la mesure de la dynamique d'un atome lors de son interaction avec une impulsion laser courte. La théorie et une expérience de contrôle du régime transitoire, que nous appelons transitoire cohérent, sont présentées. Le rôle de la sonde, dans le processus de mesure, est mis en avant et nous montrons qu'elle n'a pas un rôle limité à la mesure mais participe activement a la dynamique globale du système. Celui-ci est modélisé par une transition a deux photons sur un système a deux, trois... niveaux électroniques. Cette expérience nous amène à considérer l'absorption à deux photons, cas particulier des systèmes précédents. Nous en introduisons alors les bases et les expériences clés de son contrôle. Puis, la discussion nous amène au contrôle de la précession de Spin-Orbite, liée a l'excitation d'un doublet de structure fine de l'atome de rubidium. \nFinalement, une application du façonnage à la production de molécules froides vibrationnelles est présentée.
Cette thèse présente l'étude théorique et expérimentale de la manipulation cohérente de systèmes atomiques et moléculaires avec des impulsions mises en forme. Dans un premier temps, nous présentons plusieurs expériences de manipulation de transitoires cohérents dans le rubidium. Ces transitoires cohérents apparaissent lorsqu'on excite un système à deux niveaux avec une impulsion à dérive de fréquence en champ faible, et se traduisent par des oscillations dans la population de l'état excité. Pour une impulsion très étirée, nous montrons qu'un saut de phase dans le domaine spectral modifie la phase des oscillations. Puis, en nous appuyant sur une analogie avec la diffraction de Fresnel, nous concevons une impulsion à dérive de fréquence d'amplitude fortement modulée, permettant de supprimer les contributions destructives au transfert de population. Dans une deuxième série d'expériences, nous nous intéressons aux interférences de chemins quantiques dans les transitions à deux photons induites par des impulsions à dérive de fréquence. Du fait de la grande largeur spectrale des impulsions ultracourtes, les chemins d'excitation séquentiel et direct contribuent au transfert de population dans l'état excité. Les oscillations provenant de l'interférence entre ces différents chemins d'excitation sont observées dans le sodium atomique. De plus, nous montrons qu'elles sont observables quel que soit le signe de la dérive de fréquence. D'un point de vue théorique, nous étudions le contrôle de la prédissociation d'une molécule diatomique modèle : NaI. La prédissociation conduit à l'observation d'interférences d'ondes de matière dans la distribution des fragments. Nous montrons dans un premier temps qu'il est possible d'observer ces interférences en sondant la molécule avec une impulsion judicieusement choisie. Puis, en utilisant une séquence d'impulsions de contrôle induisant une transition entre deux niveaux électroniques de la molécule, nous mettons en évidence la possibilité de manipuler la distribution énergétique des fragments.
Deux exemples de tunnels optiques sont étudiés pour leurs propriétés propagatives par des méthodes femtosecondes. Le premier est un cristal photonique aux propriétés analogues dans le domaine optique à celles des semiconducteurs. Il possède une bande interdite photonique (BIP) empêchant la propagation de photons dont l'énergie est dans cette bande. Le second système est un bi-prisme en réflexion totale. La première partie est consacrée aux opales : empilements de micro-sphères de silice. Chaque phase de l'élaboration est en revue. Une description des propriétés des cristaux photoniques est faite pour plusieurs structures. On en déduit que les opales n'ont pas de BIP mais une stop-band inhibant la transmission des photons dont la bande d'énergie dépend de la direction. Les caractéristiques structurelles en relation avec les propriétés spectrales sont abordées par des méthodes microscopiques et optiques. Un dispositif de temps de vol utilisant un fenêtrage temporel par absorption à deux photons a été réalisé pour déterminer les propriétés propagatives d'opales sondées par un continuum. Après correction en fréquence et en temps, on dispose du profil de vitesse de groupe. Il est expliqué par un modèle basé sur la relation de Kramers-Krönig qui permet d'associer la stop-band à un système à deux niveaux photoniques. La dernière partie est dédiée à l'étude de la transposition en optique d'un effet prédit dans les conditions de l'effet tunnel : l'évaporation quantique. Il se manifeste par l'augmentation de la transmission d'un paquet d'onde qui se produit en lui transférant à l'instant de la réflexion une quantité de mouvement. Un bi-prisme en réflexion totale séparé par une lame d'air est utilisé pour reproduire ces conditions. Une technique pompe-sonde simule le transfert de moment par effet Kerr. Après analyse et traitement des effets en compétition, nous obtenons des signaux caractéristiques de l'effet recherché. Ceci constitue une présomption de sa première observation.
Etude des effets de saturation sur un miroir a conjugaison de phase optique et phenomenes de diffraction d'ordre eleve sur un reseau induit optiquement. Ces etudes d'optique non lineaire ont ete effectuees en milieu gazeux resonnant. L'usage de faisceaux incidents saturants affecte notamment les formes de raie des resonances obtenues, ainsi a l'efficacite du processus. Quoique la technique classique pour obtenir un systeme a conjugaison de phase soit le melange degenere a quatre ondes ou toutes les frequences d'irradiation sont egales (holographie en temps reel), des variantes sont possibles, qui utilisent le melange non degenere a quatre ondes (plusieurs frequences incidentes) multiresonnant. Des phenomenes induits par des coherences a deux photons ont ainsi pu etre observes, qui laissent presager la possibilite d'obtenir de fortes efficacites, grâce a un mecanisme de compensation entre effet Stark et effet Doppler. -Observation d'une oscillation conjuguee. Dans certaines conditions (fortes·densites·atomiques), il est possible d'obtenir en conjugaison de phase, des reflectivites depassant l'unite: un resonateur constitue d'un miroir ordinaire et d'un tel miroir a conjugaison de phase possedant du gain, est donc une cavite auto-oscillante (Laser a conjugaison de phase). Nous avons demontre, et ce pour la premiere fois, qu'une telle oscillation pouvait etre observee sur la vapeur de Sodium a resonance en regime continu. Spectroscopie sans effet Doppler dans une onde evanescente. On sait que dans les conditions de la reflexion totale sur une surface, une onde evanescente est creee dans le milieu ayant la plus faible densite optique. Nous avons etendu les techniques classiques de spectroscopie de saturation sans effet Doppler (absorption et dispersion saturees) au cas des ondes evanescentes. La longueur de propagation d'une onde evanescente etant de l'ordre de la longueur d'onde optique, on peut ainsi etudier le·comportement des atomes au voisinage d'une paroi ou faire de la spectroscopie dans des milieux optiquement epais.