Emission spontanée collective par des ensembles denses d'atomes à deux niveaux
Auteur / Autrice : | Antoine Glicenstein |
Direction : | Antoine Browaeys |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique |
Date : | Soutenance le 18/01/2022 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Ondes et Matière |
Partenaire(s) de recherche : | Equipe de recherche : Optique Quantique |
référent : Institut d'optique Graduate school (Palaiseau, Essonne ; 1920-....) | |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....) | |
Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry / Optique Quantique | |
Jury : | Président / Présidente : Isabelle Bouchoule |
Examinateurs / Examinatrices : Antoine Browaeys, William Guérin, Sebastian Hofferberth, Alban Urvoy, Igor Ferrier-Barbut | |
Rapporteurs / Rapporteuses : William Guérin, Sebastian Hofferberth |
Mots clés
Résumé
On s’intéresse au problème de la diffusion de la lumière par un ensemble dense d’atomes froids dans le régime dit ”de Dicke”, dans lequel un grand nombre d’atomes est contenu dans un volume dont les dimensions sont plus petites que la longueur d’onde de la transition atomique. Quand la lumière a une fréquence proche de celle de l’une transition atomique, elle induit des dipôles. Dans un milieu dense, ces dipôles interagissent entre eux : chaque dipôle est excité par les champs rayonnés par les autres dipôles. Ces interactions résonantes entre les dipôles induits modifient la réponse collective de l’ensemble. En particulier, elles modifient le taux auquel l’ensemble se désexcite par émission spontanée. Une désexcitation plus rapide que celle d’un atome unique est appelée super-radiance et une désexcitation plus lente est appelée sous-radiance.Dans cette thèse, nous développons d’abord des méthodes expérimentales pour l’étude de ce problème, nous permettant de préparer, d’observer et de manipuler des nuages denses d’atomes à deux niveaux contenant plusieurs milliers d’atomes froids dans un régime proche du régime de Dicke. Nous étudions ensuite les propriétés d’émission collective de ces systèmes lorsqu’ils sont soumis à de la lumière laser résonante, pendant et après l’excitation. On observe les désexcitations super- et sous-radiantes pour la première fois dans ce régime, et on montre qu’elles sont gouvernées uniquement par le nombre d’atomes dans le nuage. Nous avons ensuite caractérisé les oscillations de Rabi collectives des ensembles d’atomes pilotés par laser. Enfin, nous démontrons un protocole pour relâcher à la demande des excitations stockées dans des états sous-radiants, ce qui est un prérequis pour des applications de stockage de la lumière. Pour conclure, on fait une synthèse des résultats obtenus et on propose des perspectives pour des recherches futures.