Réponse optique de nuage Rb87 dense

par Stephan Jennewein

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Antoine Browaeys.

Soutenue le 23-05-2017

à l'Université Paris-Saclay (ComUE) , dans le cadre de École doctorale Ondes et Matière (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Institut d'optique Graduate school (Palaiseau, Essonne) (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire Charles Fabry / Optique quantique (laboratoire) .

Le président du jury était Pierre Pillet.

Le jury était composé de Antoine Browaeys, Jérôme Beugnon, Eric Charron.

Les rapporteurs étaient Charles Adams, Guillaume Labeyrie.


  • Résumé

    Cette thèse présente les résultats issus de l’investigation de la réponse optique de la transition D2 du Rubidium 87 en fonction de la densité de l’ensemble atomique. Afin de sonder cette transition nous utilisons un faisceau laser proche de la résonance (780nm) sur un échantillon de Rubidium ultra-froid (100µK). Nous observons ainsi la transmission en fonction de la longueur d’onde pour des densités allant de 10^12 atomes/cm^3 à 10^14 atomes/cm^3. Lorsque la densité augmente, on s’attend à ce que les interactions dipôle-dipôle jouent un rôle de plus en plus important du fait de la proximité des éléments diffusants. Quantitativement, les dipôles induits par le faisceau sonde commencent à jouer un rôle important lorsque la densité n atteint n*(lambda/2Pi)^3 = 1, une densité que nous atteignons dans notre système.Deux études systématiques seront présentées. La première montre les résultats obtenus pour un système à 12 niveaux, la deuxième pour un système à 2 niveaux obtenu par polarisation de l’ensemble atomique. Les résultats issus de ces études sont ensuite comparés aux théories existantes. La première approche est microscopique et décrit les interactions des dipôles couplés, la deuxième approche, macroscopique, est donnée par l’équation de Clausius-Mosotti.Les propriétés de propagation d’impulsions à travers ce système sont étudiées et révèlent en particulier un avancement fractionnel de l’impulsion et un indice de groupe inégalés.

  • Titre traduit

    Optical response of dense Rb87clouds


  • Résumé

    This thesis investigates the response of the D2 transition of Rubidium 87 for various densities.To probe this transition we illuminate an ultra cold (100µK) sample of Rubidium 87 with close toresonance of lambda = 780 nm laser light.We observe the transmitted light while scanning the frequency over the atomic resonance. Such a spectrum is taken for peak densities ranging from 10^12 atoms/cm^3 to 10^14 atoms/cm^3. As matter gets denser and denser dipoie-dipole interaction start playing a role due to the close proximity of neighbouring scatteres. These interactions are caused by the probe light induced dipoles and start being important when the density reaches n*(lambda/2Pi)^3 = 1, which for us is the case at the upper end of the explored density range.We start off measuring these transmission data for degenerate 12-level Rubidium 87 and afterwardsfor Rubidium 87, which we first spin polarize and then by lifting the degeneracy generate an artifical2-level system. These results are systematically compared to the two available theories.A microscopic one, which is described by coupled dipoles and a macroscopic one the so calledClausius-Mosotti equation. None of the ab initio theories can explain the results obtained during this thesis.The rigerous comparison of the various acquired datasets shows that the data in itself is consistentand relative changes going from a 12-level system to a 2-level system are understood.Additionally we also investigate the pulse propagation behaviour through such a systemrevealing stunning values for the fractional pulse advancement and the group index.


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