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

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

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

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.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

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

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.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

Self-eclipsing: alignment-free vortex coronagraphy

We report on a self-induced strategy to achieve high-contrast optical imaging, without the need for any man-made optical masks, which relies on the self-induced spin-to-orbital angular momentum conversion phenomenon. This is experimentally demonstrated by realizing a laboratory demonstration of self-eclipsing of a light source following the generation of a self-adapted vectorial optical vortex transmission mask. The proposed concept, namely the realization of an alignment-free optical vortex corona-graph, may inspire the development of future generations of smart astronomical imaging instruments.Initiative d'excellence de l'Université de BordeauxTraitement hyperspectral du moment angulaire orbital de la lumièr

High-charge and multiple-star vortex coronagraphy from stacked vector vortex phase masks

Optical vortex phase masks are now installed at many ground-based large telescopes for high-contrast astronomical imaging. To date, such instrumental advances have been restricted to the use of helical phase masks of the lowest even order, while future giant telescopes will require high-order masks. Here we propose a single-stage on-axis scheme to create high-order vortex coronagraphs based on second-order vortex phase masks. By extending our approach to an off-axis design, we also explore the implementation of multiple-star vortex coronagraphy. An experimental laboratory demonstration is reported and supported by numerical simulations. These results offer a practical roadmap to the development of future coronagraphic tools with enhanced performances.Traitement hyperspectral du moment angulaire orbital de la lumièr

Spin–orbit photonic interaction engineering of Bessel beams

Interaction between the polarization and spatial degrees of freedom of a light field has become a powerful tool to tailor the amplitude and phase of light beams. This usually implies the use of space-variant photonic elements involving sophisticated fabrication technologies. Here we report on the optical spin orbit engineering of the intensity, phase, and polarization structure of Bessel light beams using a homogeneous birefringent axicon. Various kinds of spatially modulated free-space light fields are predicted depending on the nature of the incident light field impinging on the birefringent axicon. In particular, we present the generation of bottle beam arrays, hollow beams with periodic modulation of the core size, and hollow needle beams with periodic modulation of the orbital angular momentum. An experimental attempt is also reported. The proposed structured light fields may find applications in long-distance optical manipulation endowed with self-healing features, periodic atomic waveguides, contactless handling of high aspect ratio micro-objects, and optical shearing of matter.Initiative d'excellence de l'Université de Bordeau

Chiral Optical Stern-Gerlach Newtonian Experiment

We report on a chiral optical Stern-Gerlach experiment where chiral liquid crystal microspheres are selectively displaced by means of optical forces arising from optical helicity gradients. The present Newtonian experimental demonstration of an effect predicted at molecular scale [New J. Phys. 16, 013020 (2014)] is a first instrumental step in an area restricted so far to theoretical discussions. Extending the Stern-Gerlach experiment legacy to chiral light-matter interactions should foster further studies, for instance towards the elaboration of chirality-enabled quantum technologies or spin-based optoelectronics.Initiative d'excellence de l'Université de Bordeau

Multiple-Star System Adaptive Vortex Coronagraphy Using a Liquid Crystal Light Valve

We propose the development of a high contrast imaging technique enabling the simultaneous and selective nulling of several light sources. This is done by realizing a reconfigurable multiple vortex phase mask made of a liquid crystal thin film on which local topological features can be addressed electro optically. The method is illustrated by reporting on a triple star optical vortex coronagraphy laboratory demonstration, which can be easily extended to higher multiplicity. These results allow considering the direct observation and analysis of worlds with multiple suns and more complex extrasolar planetary systems.Initiative d'excellence de l'Université de BordeauxTraitement hyperspectral du moment angulaire orbital de la lumièr

Optical dam break problem in self-focusing stochastic nonlocal media

International audienc