Réalisation d'un micromaser à deux photons

Realization of a two-photon micromaser

• Auteur / Autrice : Michel Brune
• Direction : Serge Haroche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1988
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés libres

Physique

Domaines classiques de la physique

Maser

Processus 2 photons

Oscillateur

Etat Rdberg

Rubidium

Fluctuation

Optique quantique

Optique non linéaire

Résonateur hyperfréquence

Micromaser

Maser

Two photon process

Oscillator

Rydberg state

Rubidium

Fluctuations

Quantum optics

Non linear optics

Microwave resonator

Micromaser

Résumé

Nous avons réalisé le premier oscillateur maser à deux photons. Il fonctionne en continu sur une transition atomique à deux photons. Sa réalisation a été rendue possible grâce à l'utilisation d'une cavité micro-onde supraconductrice (f = 68 GHz) de très haute surtension (Q = 10^8) accordée sur une transition à deux photons entre états de Rydberg du Rubidium présentant des configurations de niveaux particulièrement favorables. Ce système suscite un grand intérêt aussi bien théorique qu'expérimental car c'est à la fois le premier oscillateur utilisant un processus atomique intrinsèquement non linéaire et un système quantique microscopique où seulement quelques atomes interagissent avec quelques dizaines de photons (micromaser). C'est donc un système particulièrement bien adapté à l'étude quantique de l'interaction entre matière et rayonnement. Ce travail présente la description de l'expérience ainsi qu'une étude théorique d'abord semi-classique puis quantique des propriétés spécifiques du micromaser à deux photons. Dans le modèle quantique, nous nous sommes attachés à prendre en compte les phénomènes de fluctuations. Nous montrons que leur importance est primordiale pour la compréhension de ce système microscopique.

We have operated the first two-photon maser oscillator. It oscillates in a C. W. Regime on a two-photon atomic transition. The use of Rubidium Rydberg states associated with a very high Q(~ 10^8) superconducting microwave cavity (f = 68 GHz) have made it possible to achieve oscillation with only a few atoms interacting with a few tens of photons (micromaser). This device combines two interesting features : it is a quantum oscillator working on an intrinsically non linear effect and it is a micromaser. It presents a great theoretical and experimental interest in the study of the quantum description of atom-field interaction. This work describes the experiment and gives a theoretical study of this device. We present first a semi-classical approach and next a full quantum description taking into account any fluctuation effects which are very important in this microscopic oscillator.