Formation de résonances optiques étroites dans des couches fines de vapeur atomique de Cs, Rb, K et applications.

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

• Auteur / Autrice : Arevik Amiryan
• Direction : Claude Leroy, David Sarkisyan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 18/09/2019
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté en cotutelle avec Institute for Physical Research (Ashtarak)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) (Dijon) - Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne [Dijon] / LICB
• Jury : Président / Présidente : Aram Papoyan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Sarkisyan, Wojciech Gawlik, Marcis Auzinsh, Yevgenya Pashayan-Leroy, Tigran Vartanyan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Wojciech Gawlik, Marcis Auzinsh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes

Zeeman, Effet

Spectroscopie laser

Mots clés libres

Spectroscopie sub-Doppler

Vapeurs alcalines

Nano-Cellule

Effet Zeeman

Sub-Doppler Spectroscopy

Alkali vapors

Nano-Cell

Zeeman effect

Résumé

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.

This thesis presents the study of coherent light interaction with a sub-wavelength atomic alkali vapor layer confined in a nano-cell and applications for the formation of narrow optical resonances.We develop a theoretical model describing the resonant interaction of the laser light with the thin alkali vapor layer in the presence of an external static magnetic field. We show that due to a transient regime of interaction, only slow atoms contribute to the signal and their transmission spectrum is essentially Doppler-free. The nature of the obtained spectra makes the transmission spectroscopy from a nano-cell a convenient technique to perform studies of closely-spaced atomic transitions and investigate their behavior in magnetic fields. Experimental realizations for magnetic field up to 7000~G show an excellent agreement between theory and experiment.We also explore the Faraday rotation of the plane polarization of light with the propagation through the thin atomic slab. We see that despite a small angle of rotation, Faraday rotation spectra exhibit resonances narrower than that for transmission. At last, we investigate new possibilities to form narrow optical resonances in nano-cells and show that second derivation processing of transmission spectra yields the strongest line narrowing among all methods studied in this thesis.