Transitions Atomiques et Contrôle de la Population par Fréquence de Balayage Laser et Champ Magnétique

Atomic Transitions and Population Control by Laser Frequency Scanning Speed and Magnetic Field

• Auteur / Autrice : Artur Aleksanyan
• Direction : Claude Leroy, Emil Gazayan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 13/09/2022
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté en cotutelle avec Académie nationale des sciences de la République d'Arménie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Carnot-Pasteur (Besançon ; Dijon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB) (Dijon)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Elena Bekhtereva
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Atom Muradyan, Olga Gromova

Mots clés

Mots clés contrôlés

Magnétométrie

Spectroscopie de fluorescence

Optique

Mots clés libres

Vapeurs alcalines

Spectroscopie

Porte atomique

Fluorescence

Magnétométrie

Alkali vapor

Spectroscopy

Atomic gate

Fluorescence

Magnetometry

Résumé

Dans cette thèse, l'influence du rayonnement laser et du champ magnétique externe uniforme sur la vapeur atomique de métal alcalin est étudiée. Nous nous sommes concentrés sur trois sujets. Dans la première partie, nous avons examiné le contrôle de la population atomique dans un système de type M pour démontrer que de tels systèmes peuvent servir de dispositifs logiques universels à trois bits. La deuxième partie concerne une expérience de spectroscopie atomique. A partir des spectres de fluorescence enregistrés pour les régimes d'interaction stationnaires, transitoires et non stationnaires, nous avons pu extraire des valeurs de paramètres importantes qui sont le taux de relaxation des niveaux d'énergie inférieurs à l'état isotrope d'équilibre, le coefficient de diffusion dans une cellule avec gaz tampon, et la section efficace de collision correspondante. De plus, des conditions temporelles optimales sont obtenues pour fournir un contrôle efficace de la population atomique. Dans le dernier chapitre, une application intéressante d'un champ magnétique interagissant avec des atomes de métaux alcalins est présentée. Théoriquement et numériquement, les transitions entre les sous-niveaux magnétiques des atomes alcalins dans les régimes Zeeman et Paschen-Back sont examinées. Nous avons obtenu des valeurs de champ magnétique annulant les transitions qui ne dépendent que des constantes physiques et atomiques fondamentales. Ces valeurs dans le cas d'une détermination expérimentale appropriée peuvent servir d'étalons de magnétométrie.

In this thesis the influence of laser radiation and external uniform magnetic field on alkali-metal atomic vapor is studied. We focused on three topics. In the first part, we examined atomic population control in an M-type system to demonstrate that such systems can serve as universal three-bit logical devices. The second part concerns an experiment of atomic spectroscopy. From the fluorescence spectra recorded for stationary, transient and non-stationary interaction regimes, we were able to extract important parameter values which are the relaxation rate of the lower energy levels to the equilibrium isotropic state, the diffusion coefficient in a buffered vapor cell, and the corresponding collisional cross section. In addition, optimal temporal conditions are obtained to provide efficient control of the atomic population. In the last chapter, an interesting application of a magnetic field interacting with alkali-metal atoms is presented. Theoretically and numerically, the transitions between magnetic sublevels of alkaline atoms in the Zeeman and Paschen-Back regimes are examined. We obtained magnetic-field values canceling transitions which only depend on the fundamental physical and atomic constants. These values in the case of an appropriate experimental determination can serve as standards of magnetometry.