Propagation effects in atomic systems for ultra-short and long pulse : control of the optical response

• Auteur / Autrice : Faheel-Ather Hashmi
• Direction : Mohamed-Aziz Bouchene
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance paramagnétique électronique

Excitons

Interférométrie

Collisions (physique)

Ondes électromagnétiques -- Propagation

Lasers femtoseconde

Mots clés libres

Effets de propagation

Contrôle cohérent

Mise en forme d'impulsions

Transitions non adiabatiques

Ralentissement de la lumière

Résumé

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). . .

This thesis deals with the study of propagation effects experienced by weak light pulses as they propagate in atomic media driven by strong pulses. We explore both the ultra-short and long pulse regime and investigate the phenomena that arise at these different time scales. In the short pulse regime, a strongly driven two level atomic system presents transient light shifts, and non-adiabatic transitions occur between these adiabatic levels. We have studied a method to probe these light shifts in real time by propagating a weak probe through the medium. The light shifts enrich the spectrum of the probe and the probe gets shaped as a result. In this way a strongly driven two-level system can act as an active pulse shaper, and can introduce oscillations in the temporal profile of an ultra-short pulse at a time scale shorter than the pulse duration. We also show that by driving the system with two time delayed non-resonant strong fields, the non-adiabatic effects can be rendered phase dependent. This gives very sensitive phase control of the excited state population and can be used to formulate new techniques in interferometry. In the long pulse regime we present a new method of slowing light that can be realized in a double two-level system interacting with two orthogonally polarized light pulses that propagate along different axis. Spatio-temporal dependence of the total polarization induces a grating in the ground Zeeman coherence. . .