Les ondes optiques sont couramment utilisees en interferometrie atomique : les transferts d'impulsion du rayonnement aux atomes permettent de manipuler ces derniers de diverses manieres. Ce travail est consacre a l'etude de l'interaction d'atomes neutres metastables avec des champs optiques evanescents. Nous avons tout d'abord considere le cas d'une onde evanescente stationnaire exaltee a la surface d'un prisme. La technique d'exaltation utilisee ici est l'excitation d'un plasmon de surface dans la configuration de kretschmann. Nous avons ainsi montre que sous incidence rasante et en adoptant une geometrie adequate on pouvait reduire le decalage doppler. Le reseau de phase optique que constitue l'onde evanescente stationnaire permet alors de diffracter de facon efficace un jet supersonique d'atomes de neon metastables. Ce dispositif peut jouer le role d'une separatrice en interferometrie atomique. Le taux de diffraction que nous avons observe, comparable en fait au taux de reflexion, est de loin superieur aux previsions theoriques du modele de l'atome a deux niveaux. Une explication avait deja ete avancee pour une observation de meme type, montrant que la structure zeeman pouvait jouer un role crucial dans le mecanisme de la diffraction. Dans notre cas, cette explication se revele insuffisante, ce qui nous a conduit a examiner le detail de ces modeles pour proposer de nouvelles voies d'investigation. Parallelement a ce travail nous avons envisage l'utilisation du potentiel optique cree par l'onde evanescente entourant une fibre optique etiree. Une etude theorique de l'interaction d'un faisceau d'atomes supersoniques avec cette onde evanescente est presentee. Cette etude montre la possibilite de realiser un interferometre atomique a bras separes, dont l'analogue optique est le biprisme de fresnel. Nous decrivons la source laser asservie en frequence que nous avons realisee, avant de presenter nos resultats experimentaux preliminaires.
Les ondes optiques sont couramment utilisees en interferometrie atomique : les transferts d'impulsion du rayonnement aux atomes permettent de manipuler ces derniers de diverses manieres. Ce travail est consacre a l'etude de l'interaction d'atomes neutres metastables avec des champs optiques evanescents. Nous avons tout d'abord considere le cas d'une onde evanescente stationnaire exaltee a la surface d'un prisme. La technique d'exaltation utilisee ici est l'excitation d'un plasmon de surface dans la configuration de kretschmann. Nous avons ainsi montre que sous incidence rasante et en adoptant une geometrie adequate on pouvait reduire le decalage doppler. Le reseau de phase optique que constitue l'onde evanescente stationnaire permet alors de diffracter de facon efficace un jet supersonique d'atomes de neon metastables. Ce dispositif peut jouer le role d'une separatrice en interferometrie atomique. Le taux de diffraction que nous avons observe, comparable en fait au taux de reflexion, est de loin superieur aux previsions theoriques du modele de l'atome a deux niveaux. Une explication avait deja ete avancee pour une observation de meme type, montrant que la structure zeeman pouvait jouer un role crucial dans le mecanisme de la diffraction. Dans notre cas, cette explication se revele insuffisante, ce qui nous a conduit a examiner le detail de ces modeles pour proposer de nouvelles voies d'investigation. Parallelement a ce travail nous avons envisage l'utilisation du potentiel optique cree par l'onde evanescente entourant une fibre optique etiree. Une etude theorique de l'interaction d'un faisceau d'atomes supersoniques avec cette onde evanescente est presentee. Cette etude montre la possibilite de realiser un interferometre atomique a bras separes, dont l'analogue optique est le biprisme de fresnel. Nous decrivons la source laser asservie en frequence que nous avons realisee, avant de presenter nos resultats experimentaux preliminaires.
Dans une onde electromagnetique inhomogene, l'effet Stark dynamique agit comme un potentiel sur le mouvement externe d'un atome. Ceci a ete demontre par la reflexion speculaire d'atomes : un jet supersonique d'atomes metastables de neon est reflechi (a incidence rasante) par une surface, sur laquelle est excitee une onde evanescente quasi-resonante avec une transition optique. L'onde evanescente est produite, soit par l'excitation d'un plasmon de surface dans la configuration de Kretschmann, soit en couplant un laser avec un guide d'onde dielectrique. Les deux techniques permettent la reflexion d'atomes ayant des vitesses transverses inferieures a 4. 2 m/s. Cette etude est elargie au cas d'une onde evanescente partiellement stationnaire. Elle fait apparaitre des resonances multiphotoniques dans le potentiel optique (resonances dopplerons). Ce phenomene est explique par un modele theorique base sur la resolution des equations de Bloch optiques. Une approche de type atome habille est aussi en bon accord avec les observations. Finalement, une etude prospective est menee sur le caractere ondulatoire de l'atome dans ce dispositif d'optique atomique. La multiplicite Zeeman de l'etat metastable reflechi par l'onde evanescente permet, en principe, une investigation experimentale de l'interaction de surface de type Van Der Waals. Une methode interferometrique, permettant la mesure de cette phase atomique, est enfin discutee.
Ce travail porte sur l'interaction dipolaire d'atomes neutres avec un rayonnement électromagnétique structuré sur une échelle plus petite que la longueur d'onde de la lumière. Ces champs optiques sont obtenus par interaction d'une onde évanescente de Fresnel avec des nanostructures diélectriques à haut indice de réfraction déposées à la surface d'un prisme. Deux thèmes sont abordés. Le premier concerne l'étude, d'un point de vue théorique, d'une expérience de diffraction d'atomes neutres par un miroir atomique nanostructuré. La modulation du potentiel provient de l'interaction de l'onde évanescente avec un réseau matériel périodique sub-longueur d'onde. Dans un premier temps, les spécificités de cette méthode de diffraction sont dégagées par un calcul analytique reposant sur plusieurs approximations concernant la structure du champ optique et la structure interne atomique. Elle est ensuite complétée d'une étude numérique qui permet de prendre en compte toute la complexité du problème. Le deuxième thème est une étude du comportement en champ proche de cavités résonantes constituées d'ensembles d'anneaux diélectriques couplés. Ces nanostructures, adressées par un faisceau gaussien évanescent, amplifient à la résonance l'intensité et le gradient du champ électrique d'un facteur de plusieurs centaines. L'objectif est de trouver une configuration permettant la concentration ou la focalisation transversale d'un faisceau d'atomes en vue d'applications en nanolithographie. Cette étude est effectuée en couplant une méthode ab-initio permettant un calcul précis du champ rayonné dans tout l'espace à un modèle analytique simplifié décrivant le comportement modal de ces structures en fonction de leurs caractéristiques géométriques.
Ce mémoire de thèse décrit une expérience de création de paires d’atomes jumeaux par mélange à quatre ondes en présence d’un réseau optique. Ces atomes jumeaux sont analogues aux photons jumeaux obtenus par conversion paramétrique, lesquels ont été employés dans plusieurs expériences fondamentales d’optique quantique, ainsi que pour des applications en interférométrie et en information quantique. En raison de la relation de dispersion, l’accord de phase peut être obtenu quand les atomes se déplacent dans le réseau optique. Le mélange à quatre ondes qui se produit alors spontanément constitue un cas particulier d’instabilité dynamique. Nous avons réalisé cette expérience à partir d’un gaz dégénéré d’hélium métastable, obtenu dans un piège optique très allongé. On a superposé aux atomes un réseau optique en mouvement, qui est également décrit dans ce mémoire. Au moyen d’un détecteur d’atomes uniques résolu à trois dimensions, nous avons caractérisé le mélange à quatre ondes obtenu. Nous avons étudié les conditions d’accord de phase de ce processus, et les différents modes peuplés, montrant que la méthode que nous employons permet de diffuser préférentiellement les atomes dans deux fines classes de vitesse, que l’on peut ajuster et dont on contrôle les populations. Cette flexibilité facilitera l’utilisation des paires d’atomes pour des expériences futures. Au niveau de chacune de ces deux classes de vitesses, nous avons mesuré une corrélation de type Hanbury Brown et Twiss. Par ailleurs, nous avons démontré une réduction des fluctuations de la différence de population entre les deux classes sous le bruit de grenaille. La coexistence de ces deux effets témoigne du caractère non-classique des paires générées, qui pourront être exploitées pour des expériences d’optique atomique quantique, comme par exemple pour observer l’effet Hong-Ou-Mandel sur des atomes.
Ce mémoire de thèse décrit une expérience de création de paires d’atomes jumeaux par mélange à quatre ondes en présence d’un réseau optique. Ces atomes jumeaux sont analogues aux photons jumeaux obtenus par conversion paramétrique, lesquels ont été employés dans plusieurs expériences fondamentales d’optique quantique, ainsi que pour des applications en interférométrie et en information quantique. En raison de la relation de dispersion, l’accord de phase peut être obtenu quand les atomes se déplacent dans le réseau optique. Le mélange à quatre ondes qui se produit alors spontanément constitue un cas particulier d’instabilité dynamique. Nous avons réalisé cette expérience à partir d’un gaz dégénéré d’hélium métastable, obtenu dans un piège optique très allongé. On a superposé aux atomes un réseau optique en mouvement, qui est également décrit dans ce mémoire. Au moyen d’un détecteur d’atomes uniques résolu à trois dimensions, nous avons caractérisé le mélange à quatre ondes obtenu. Nous avons étudié les conditions d’accord de phase de ce processus, et les différents modes peuplés, montrant que la méthode que nous employons permet de diffuser préférentiellement les atomes dans deux fines classes de vitesse, que l’on peut ajuster et dont on contrôle les populations. Cette flexibilité facilitera l’utilisation des paires d’atomes pour des expériences futures. Au niveau de chacune de ces deux classes de vitesses, nous avons mesuré une corrélation de type Hanbury Brown et Twiss. Par ailleurs, nous avons démontré une réduction des fluctuations de la différence de population entre les deux classes sous le bruit de grenaille. La coexistence de ces deux effets témoigne du caractère non-classique des paires générées, qui pourront être exploitées pour des expériences d’optique atomique quantique, comme par exemple pour observer l’effet Hong-Ou-Mandel sur des atomes.
Mon travail de thèse, réalisé au LCAR, porte sur la démonstration d'interféromètres atomiques à très grand transfert d'impulsion à l'aide du formalisme de Floquet. Ce travail s'inscrit à la fois dans le contexte des capteurs inertiels et celui de la métrologie des phases type Aharonov-Bohm, où la séparation en impulsion entre les bras de l'interféromètre joue un rôle majeur. Ce manuscrit présente tout d'abord une introduction générale à l'interférométrie atomique ainsi que les éléments théoriques concernant les transitions à deux photons dans le régime de quasi-Bragg. J'y décris ensuite le dispositif expérimental que nous utilisons pour atteindre la condensation de Bose-Einstein et manipuler l'état d'impulsion des atomes via réseau optique ; l'application de pulses lumineux permet d'accélérer la source atomique par quantum d'impulsion de 2ħk. La partie suivante est dédiée au formalisme de Floquet : celui-ci repose sur la périodicité du couplage atome-réseau au cours d'une accélération, et définit des états de Floquet dont les propriétés permettent de réaliser une accélération optimale. Cette nouvelle approche unifie les différentes méthodes utilisées jusqu'à présent pour l'accélération cohérente d'atomes dans un réseau optique. Après une exposition des éléments théoriques et du modèle numérique que nous utilisons, je montre les résultats obtenus avec la mise en place de ce formalisme sur notre dispositif expérimental. Je liste en particulier les différentes limites identifiées concernant l'efficacité de cette nouvelle approche. Enfin, je termine ce manuscrit par la démonstration d'un interféromètre atomique à 600ħk de séparation en impulsion entre les bras grâce au formalisme de Floquet. Ce résultat au niveau de l'état de l'art ouvre la voie à une nouvelle génération d'interféromètres avec des séparations de plus de 1000ħk, ce qui constitue un pré-requis pour les différentes applications envisagées pour ce type de dispositif.
Ce mémoire de thèse décrit une expérience de création de paires d’atomes jumeaux par mélange à quatre ondes en présence d’un réseau optique. Ces atomes jumeaux sont analogues aux photons jumeaux obtenus par conversion paramétrique, lesquels ont été employés dans plusieurs expériences fondamentales d’optique quantique, ainsi que pour des applications en interférométrie et en information quantique. En raison de la relation de dispersion, l’accord de phase peut être obtenu quand les atomes se déplacent dans le réseau optique. Le mélange à quatre ondes qui se produit alors spontanément constitue un cas particulier d’instabilité dynamique. Nous avons réalisé cette expérience à partir d’un gaz dégénéré d’hélium métastable, obtenu dans un piège optique très allongé. On a superposé aux atomes un réseau optique en mouvement, qui est également décrit dans ce mémoire. Au moyen d’un détecteur d’atomes uniques résolu à trois dimensions, nous avons caractérisé le mélange à quatre ondes obtenu. Nous avons étudié les conditions d’accord de phase de ce processus, et les différents modes peuplés, montrant que la méthode que nous employons permet de diffuser préférentiellement les atomes dans deux fines classes de vitesse, que l’on peut ajuster et dont on contrôle les populations. Cette flexibilité facilitera l’utilisation des paires d’atomes pour des expériences futures. Au niveau de chacune de ces deux classes de vitesses, nous avons mesuré une corrélation de type Hanbury Brown et Twiss. Par ailleurs, nous avons démontré une réduction des fluctuations de la différence de population entre les deux classes sous le bruit de grenaille. La coexistence de ces deux effets témoigne du caractère non-classique des paires générées, qui pourront être exploitées pour des expériences d’optique atomique quantique, comme par exemple pour observer l’effet Hong-Ou-Mandel sur des atomes.