Theoretical investigation of coherent processes in alkaline-earth atoms

Etude théorique de processus cohérents dans les alcalinos-terreux

• Auteur / Autrice : Martial Millet
• Direction : Mireille Aymar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rydberg, États de

Photoionisation

Excitation électronique

Métaux alcalinoterreux

Cohérence (physique nucléaire)

Mots clés libres

@Défaut quantique, théorie du

@Matrice R, méthode de

Résumé

Cette thèse présente l'étude théorique de processus cohérents d'excitation et d'ionisation dans les alcalino-terreux. Les paramètres atomiques indispensables pour décrire la dynamique sont calculés en combinant la méthode de matrice R et la théorie du défaut quantique à plusieurs voies (MQDT). Nous analysons les résultats expérimentaux obtenus par l'équipe d'Elliott concernant le contrôle des taux de production de trois états ioniques du baryum obtenus par interférence entre deux chemins d'ionisation quasi-résonnants avec un état intermédiaire dans un processus à deux photons de couleurs différentes. Introduisant un hamiltonien effectif, nous montrons que la dynamique d'évolution suit l'état adiabatique formé par l'excitation cohérente des deux états intermédiaires. Nous utilisons un formalisme MQDT dépendant du temps, valable en champ faible, pour analyser l'expérience de Ramsey optique, réalisée par van Leeuween et al, portant sur le contrôle des énergies et des distributions angulaires de photoélectrons émis par un paquet d'onde autoionisant créé dans le calcium par excitation du sœur isolé d'un état de Rydberg. Le flux radial instantané d'électrons créé par une ou deux impulsions pouvant présenter une dérive de fréquence est aussi étudié. Nous présentons un formalisme nouveau adapté à l'étude de la dynamique de paquets d'onde autoionisants créés par des impulsions brèves et intenses excitant des résonances étroites. Les résonances sont introduites explicitement dans les équations d'évolution. Leur énergie complexe (position et largeur), leurs couplages avec les voies ouvertes induits par le potentiel atomique et ceux avec les états discrets dûs aux laser sont déduits des expressions MQDT par le calcul numérique des pôles et des résidus de la matrice de diffusion physique S et de l'opérateur déplacement lumineux. Le lien entre ces pôles et les états de Siegert permet d'associer une fonction d'onde aux résonances et donc de les identifier.

Theoretical investigations on the dynamics of coherent excitation and ionization processes in alkaline-earth atoms are reported. Atomic parameters required to the dynamical treatment are calculated with the R-matrix method in combination with the multichannel quantum defect theory (MQDT). We investigate the photoionization yields into three continuum channels of barium observed by Elliott et al in the study of coherent control through two-photon two-color interfering paths resonantly enhanced by an intermediate state. The dynamics studied by introducing an effective hamiltonian is described as an adiabatic process governed by the coherent excitation of the intermediate states. By using a time-dependent MQDT formalism valid in the weak field limit, we analyze the experiment on coherent control of energy and angular distribution of autoionized wave packets performed in calcium by van Leeuwen et al using isolated core excitation from a Rydberg state and optical Ramsey-like pump-probe technique. The dynamics of autoionization processes is investigated by studying the time dependence of radial electron flux created by one or two short pulses with a possible chirp and observed at fixed macroscopic distances from the atom. We develop a new formalism suitable to investigate autoionizing wave packets of narrow resonances created by short and intenses pulses. Resonances are explicitly introduced in the evolution equations. Their energies (positions and widths) in the complex plane, their couplings with continuum channels due to atomic interactions and their couplings with low-lying discrete states induced by the laser field are deduced from the MQDT formulation and are numerically calculated from the poles and the residues of the physical scattering matrix S and of the light shift operator. The relation between these poles and the Siegert states is presented and identification of the resonances is deduced from the corresponding wave functions.