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Study of optical and magneto-optical processes in cesium, rubidium and potassium micro- and nano-metric thin atomic layers

A. Tonoyan

Published Oct 11, 2016• 0 citations
Publisher

Abstract

Etudes des processus optiques et magnéto-optiques dans des couches atomiques minces nanométriques de potassium, rubidium et césium Les transitions D1 d'atomes 39K confinées en nano-cellule, soumis à des champs magnétiques externes ont été étudiées dans les cas de polarisation sigma+ et pi de la radiation laser. Il est montré, pour la première fois, le découplage du moment angulaire total J et du moment nucléaire I (régime Paschen-Back hyperfin) sous champ magnétique externe. Le découplage se produit pour un champ B >> 165 G. Dans le cas d'une polarisation linéaire du laser, nous montrons que pour B > 400 G, le spectre de transmission consiste en 2 groupes de transitions et chaque groupe contient une transition appelée transition guide (GT). La GT indique la valeur asymptotique des probabilités des transitions dans un groupe et la valeur des dérivées des décalages en fréquence (pentes de fréquence) dans un champ magnétique.Pour la première fois, il est montré l'absence de résonances cross-over dans le spectre d'absorption saturée. Nous avons utilisé des micro cellules remplies de rubidium. L'épaisseur de la colonne de vapeur atomique était de 30 - 40 micromètres. L'utilisation d'une micro cellule a permis l'investigation des transitions atomiques individuelles dans des champs magnétiques intenses (30 - 6000 G) en utilisant la technique d'absorption saturée. Nous avons aussi déterminé expérimentalement et théoriquement que pour certaines valeurs du champ magnétique externe (300 - 2000 G), on observait un très grand accroissement des probabilités des transitions atomiques Fg = 3 --> Fe = 5 de la raie D2 du Cs. Sous champ B, les probabilités de ces transitions (qui sont interdites en l'absence de champ magnétique) augmentent brutalement et excédent les probabilités des transitions atomiques permises.

DOI
10.70675/c3a0b4d9z488dz4ef5z8060za697f0b3b8b3

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Study of optical and magneto processes in Rb atomic vapor layer of nanometric thickness

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Etude des processus optiques et magnéto-optiques dans une couche de vapeur de rubidium atomique d'épaisseur nanométrique A l'aide d'un spectre de fluorescence de résonance à bande étroite obtenu avec une nano-cellule d'épaisseur L= [lambda]/2 et des résonances VSOP formées pour une épaisseur L =[lambda] ([lambda] est la longueur d'onde de la radiation résonnante), cette thèse présente pour la première fois une étude expérimentale du comportement en fréquence et en intensité (probabilités de transition) des transitions atomiques de la structure hyperfine entre sous-niveaux Zeeman des raies D1 and D2 pour le 85Rb et le 87Rb en présence de champs magnétiques extérieurs compris entre 5 et 7000 G. Le comportement d'une dizaine de transitions atomiques inétudiées à ce jour a été analysé et nous avons démontré que l'intensité de ces raies peut montrer alternativement de grandes variations : jusqu'à un facteur 10 de taux de croissance ou de décroissance. Pour la première fois, nous avons parfaitement enregistré des résonances VSOP dans le cas où un gaz tampon (néon de pression partielle 6 torr) est introduit dans la nano-cellule d'épaisseur L =[lambda], alors que l'addition d'un gaz tampon (néon) même à une pression partielle de 0,1 torr, dans une cellule d'épaisseur centimétrique conduit à une complète disparition de ces résonances VSOP obtenues par la méthode usuelle d'absorption saturée. Enfin, nous avons montré pour la première fois que la largeur spectrale d'un spectre de fluorescence de résonance d'une nano-cellule de rubidium d'épaisseur L= [lambda]/2, quelques soient les pressions du gaz tampon (néon), est beaucoup plus étroite (6 à 8 fois) que celle obtenue avec une cellule centimétrique de rubidium pour les mêmes valeurs de pressions

•May 18, 2012•0 citations

Formation of narrow optical resonances in thin atomic vapor layers of Cs, Rb, K and applications.

A. Amiryan

Formation de résonances optiques étroites dans des couches fines de vapeur atomique de Cs, Rb, K et applications. Cette thèse présente l'étude de l'interaction de lumière cohérente avec une couche sub-longueur d'onde de vapeur alcaline atomique confinée en nano-cellule et applications pour la formation de résonances optiques étroites.Nous développons un modèle théorique décrivant l'interaction résonante de lumière laser avec la couche mince de vapeur alcaline en présence d'un champ magnétique. Nous montrons qu'en raison d'un régime transitoire d'interaction, seuls les atomes lents contribuent au signal et leur spectre de transmission est essentiellement sans effet Doppler. La nature des spectres obtenus fait de la spectroscopie de transmission, en nano-cellule, une technique pratique pour l'étude de transitions très rapprochées et l'évolution de leur comportement dans un champ magnétique. Des expériences réalisées pour des champs magnétiques jusqu'à 7000 G montrent un excellent accord entre théorie et expérience.Nous explorons aussi la rotation Faraday du plan de polarisation de la lumière lors de sa propagation dans la couche mince atomique. Bien que l'angle de rotation soit très faible, nous observons que les résonances des spectres de rotation Faraday sont plus étroites que celles de transmission. Enfin, nous étudions de nouvelles possibilités pour former des résonances optiques étroites et montrons qu'un traitement par deuxième dérivée des spectres de transmission donne le meilleur rétrécissement de raies parmi toutes les méthodes étudiées dans cette thèse.

•Sep 18, 2019•0 citations

Etude des processus optiques et magnéto-optiques dans une couche de vapeur de rubidium atomique d'épaisseur nanométrique

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A l'aide d'un spectre de fluorescence de résonance à bande étroite obtenu avec une nano-cellule d'épaisseur L= [lambda]/2 et des résonances VSOP formées pour une épaisseur L =[lambda] ([lambda] est la longueur d'onde de la radiation résonnante), cette thèse présente pour la première fois une étude expérimentale du comportement en fréquence et en intensité (probabilités de transition) des transitions atomiques de la structure hyperfine entre sous-niveaux Zeeman des raies D1 and D2 pour le 85Rb et le 87Rb en présence de champs magnétiques extérieurs compris entre 5 et 7000 G. Le comportement d'une dizaine de transitions atomiques inétudiées à ce jour a été analysé et nous avons démontré que l'intensité de ces raies peut montrer alternativement de grandes variations : jusqu'à un facteur 10 de taux de croissance ou de décroissance. Pour la première fois, nous avons parfaitement enregistré des résonances VSOP dans le cas où un gaz tampon (néon de pression partielle 6 torr) est introduit dans la nano-cellule d'épaisseur L =[lambda], alors que l'addition d'un gaz tampon (néon) même à une pression partielle de 0,1 torr, dans une cellule d'épaisseur centimétrique conduit à une complète disparition de ces résonances VSOP obtenues par la méthode usuelle d'absorption saturée. Enfin, nous avons montré pour la première fois que la largeur spectrale d'un spectre de fluorescence de résonance d'une nano-cellule de rubidium d'épaisseur L= [lambda]/2, quelques soient les pressions du gaz tampon (néon), est beaucoup plus étroite (6 à 8 fois) que celle obtenue avec une cellule centimétrique de rubidium pour les mêmes valeurs de pressions

•May 18, 2012•0 citations

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Cette thèse présente l'étude de l'interaction de lumière cohérente avec une couche sub-longueur d'onde de vapeur alcaline atomique confinée en nano-cellule et applications pour la formation de résonances optiques étroites.Nous développons un modèle théorique décrivant l'interaction résonante de lumière laser avec la couche mince de vapeur alcaline en présence d'un champ magnétique. Nous montrons qu'en raison d'un régime transitoire d'interaction, seuls les atomes lents contribuent au signal et leur spectre de transmission est essentiellement sans effet Doppler. La nature des spectres obtenus fait de la spectroscopie de transmission, en nano-cellule, une technique pratique pour l'étude de transitions très rapprochées et l'évolution de leur comportement dans un champ magnétique. Des expériences réalisées pour des champs magnétiques jusqu'à 7000 G montrent un excellent accord entre théorie et expérience.Nous explorons aussi la rotation Faraday du plan de polarisation de la lumière lors de sa propagation dans la couche mince atomique. Bien que l'angle de rotation soit très faible, nous observons que les résonances des spectres de rotation Faraday sont plus étroites que celles de transmission. Enfin, nous étudions de nouvelles possibilités pour former des résonances optiques étroites et montrons qu'un traitement par deuxième dérivée des spectres de transmission donne le meilleur rétrécissement de raies parmi toutes les méthodes étudiées dans cette thèse.

•Sep 18, 2019•2 citations

Sub-Doppler spectroscopy of alkali vapors confined in nanometric and micrometric thin cells

Rodolphe Momier

Spectroscopie sous-Doppler de vapeurs alcalines confinées dans des cellules minces nanométriques et micrométriques Cette thèse explore divers aspects de la spectroscopie sous-Doppler, allant des études fondamentales de l'effet Zeeman aux processus de pompage cohérent. Elle offre une vue d'ensemble des avancées antérieures et actuelles en utilisant des cellules spectroscopiques fines d’épaisseur nanométrique et micrométrique. Du point de vue théorique, nous rappelons le modèle décrivant l'interaction entre un laser et une vapeur confinée dans une cellule fine. Nous présentons une description théorique complète du comportement d'une vapeur de sodium dans un champ magnétique allant jusqu'à 10 000 G. De plus, nous développons un cadre théorique complet pour l'annulation du moment dipolaire et calculons les valeurs de champ magnétique pour lesquelles les transitions Zeeman des atomes alcalins sont annulées. Ces valeurs dépendent uniquement de constantes physiques et peuvent servir de références pour l'étalonnage de magnétomètres. Nous présentons également un schéma de magnétomètre utilisant de fines cellules de potassium permettant de mesurer les champs magnétiques avec une haute résolution spatiale, potentiellement bénéfique pour la magnétométrie dans des environnements difficiles. La formation de résonances EIT dans des champs magnétiques forts est étudiée théoriquement et expérimentalement, montrant une faisabilité pour le verrouillage de la fréquence laser sur des fréquences fortement décalées. Enfin, nous explorons la formation de résonances N étroites et examinons l'effet d'un gaz tampon supplémentaire sur leur largeur et leur contraste. Les résonances N sont des candidates prometteuses pour des étalons de fréquence atomique pouvant être réalisés avec des lasers à diode disponibles dans le commerce.

•Sep 17, 2024•0 citations

Study of the coherent effects in rubidium atomic vapor under bi-chromatic laser radiation

R. Mirzoyan

Etude des effets cohérents dans la vapeur de rubidium atomique sous irradiation laser bi-chromatique L’effet de la transparence induite électromagnétiquement est observée à l’aidede cellules nanométriques et de cellules micrométriques. La résonance EIT avec de bons paramètres (fort contraste et faible largeur du signal à mi-hauteur) est obtenue dans des cellules étroites. L' éclatement de la résonance EIT dans un champ magnétique est observé pour les raies D1 du 85Rb et 87Rb. Nous présentons un modèle théorique qui explique la dépendance du déplacement en fréquence des composantes de la résonance EIT en fonction de l’intensité du champ magnétique. Les résultats théoriques et expérimentaux sont comparés et démontrent un bon accord.Pour la première fois une résonance de type N est obtenue dans une micro-cellule. Nous obtenons de bons paramètres (fort contraste et faible largeur du signal à mi-hauteur) dela résonance N à l’aide d’une micro-cellule. Cela nous permet d’observer le comportement d’une résonance N dans un champ magnétique. L’éclatement de la résonance N dans unchamp magnétique est observé pour les raies D1 du 85Rb et 87Rb. Nous présentons les calculs théoriques qui expliquent la dépendance du déplacement en fréquence des composantes dela résonance N en fonction de l’intensité du champ magnétique. Les résultats théoriques et expérimentaux sont comparés et démontrent un bon accord. Le comportement de la résonance N en régime hyperfin Paschen-Back est présenté et expliqué. Enfin une comparaison des résonances EIT et N est faite

•Jun 4, 2013•1 citation
Etudes des processus optiques et magnéto-optiques dans des couches atomiques minces nanométriques de potassium, rubidium et césium Les transitions D1 d'atomes 39K confinées en nano-cellule, soumis à des champs magnétiques externes ont été étudiées dans les cas de polarisation sigma+ et pi de la radiation laser. Il est montré, pour la première fois, le découplage du moment angulaire total J et du moment nucléaire I (régime Paschen-Back hyperfin) sous champ magnétique externe. Le découplage se produit pour un champ B >> 165 G. Dans le cas d'une polarisation linéaire du laser, nous montrons que pour B > 400 G, le spectre de transmission consiste en 2 groupes de transitions et chaque groupe contient une transition appelée transition guide (GT). La GT indique la valeur asymptotique des probabilités des transitions dans un groupe et la valeur des dérivées des décalages en fréquence (pentes de fréquence) dans un champ magnétique.Pour la première fois, il est montré l'absence de résonances cross-over dans le spectre d'absorption saturée. Nous avons utilisé des micro cellules remplies de rubidium. L'épaisseur de la colonne de vapeur atomique était de 30 - 40 micromètres. L'utilisation d'une micro cellule a permis l'investigation des transitions atomiques individuelles dans des champs magnétiques intenses (30 - 6000 G) en utilisant la technique d'absorption saturée. Nous avons aussi déterminé expérimentalement et théoriquement que pour certaines valeurs du champ magnétique externe (300 - 2000 G), on observait un très grand accroissement des probabilités des transitions atomiques Fg = 3 --> Fe = 5 de la raie D2 du Cs. Sous champ B, les probabilités de ces transitions (qui sont interdites en l'absence de champ magnétique) augmentent brutalement et excédent les probabilités des transitions atomiques permises.
Etude des processus optiques et magnéto-optiques dans une couche de vapeur de rubidium atomique d'épaisseur nanométrique A l'aide d'un spectre de fluorescence de résonance à bande étroite obtenu avec une nano-cellule d'épaisseur L= [lambda]/2 et des résonances VSOP formées pour une épaisseur L =[lambda] ([lambda] est la longueur d'onde de la radiation résonnante), cette thèse présente pour la première fois une étude expérimentale du comportement en fréquence et en intensité (probabilités de transition) des transitions atomiques de la structure hyperfine entre sous-niveaux Zeeman des raies D1 and D2 pour le 85Rb et le 87Rb en présence de champs magnétiques extérieurs compris entre 5 et 7000 G. Le comportement d'une dizaine de transitions atomiques inétudiées à ce jour a été analysé et nous avons démontré que l'intensité de ces raies peut montrer alternativement de grandes variations : jusqu'à un facteur 10 de taux de croissance ou de décroissance. Pour la première fois, nous avons parfaitement enregistré des résonances VSOP dans le cas où un gaz tampon (néon de pression partielle 6 torr) est introduit dans la nano-cellule d'épaisseur L =[lambda], alors que l'addition d'un gaz tampon (néon) même à une pression partielle de 0,1 torr, dans une cellule d'épaisseur centimétrique conduit à une complète disparition de ces résonances VSOP obtenues par la méthode usuelle d'absorption saturée. Enfin, nous avons montré pour la première fois que la largeur spectrale d'un spectre de fluorescence de résonance d'une nano-cellule de rubidium d'épaisseur L= [lambda]/2, quelques soient les pressions du gaz tampon (néon), est beaucoup plus étroite (6 à 8 fois) que celle obtenue avec une cellule centimétrique de rubidium pour les mêmes valeurs de pressions
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Spectroscopie sous-Doppler de vapeurs alcalines confinées dans des cellules minces nanométriques et micrométriques Cette thèse explore divers aspects de la spectroscopie sous-Doppler, allant des études fondamentales de l'effet Zeeman aux processus de pompage cohérent. Elle offre une vue d'ensemble des avancées antérieures et actuelles en utilisant des cellules spectroscopiques fines d’épaisseur nanométrique et micrométrique. Du point de vue théorique, nous rappelons le modèle décrivant l'interaction entre un laser et une vapeur confinée dans une cellule fine. Nous présentons une description théorique complète du comportement d'une vapeur de sodium dans un champ magnétique allant jusqu'à 10 000 G. De plus, nous développons un cadre théorique complet pour l'annulation du moment dipolaire et calculons les valeurs de champ magnétique pour lesquelles les transitions Zeeman des atomes alcalins sont annulées. Ces valeurs dépendent uniquement de constantes physiques et peuvent servir de références pour l'étalonnage de magnétomètres. Nous présentons également un schéma de magnétomètre utilisant de fines cellules de potassium permettant de mesurer les champs magnétiques avec une haute résolution spatiale, potentiellement bénéfique pour la magnétométrie dans des environnements difficiles. La formation de résonances EIT dans des champs magnétiques forts est étudiée théoriquement et expérimentalement, montrant une faisabilité pour le verrouillage de la fréquence laser sur des fréquences fortement décalées. Enfin, nous explorons la formation de résonances N étroites et examinons l'effet d'un gaz tampon supplémentaire sur leur largeur et leur contraste. Les résonances N sont des candidates prometteuses pour des étalons de fréquence atomique pouvant être réalisés avec des lasers à diode disponibles dans le commerce.
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