Diffusion dans les nuages atomiques

Les nuages d’atomes froids présentent la particularité d’être des systèmes finement controllables (densité, propriétés optiques).
Il s’agit donc de systèmes modèles pour l’optique des milieux complexes permettant d’étudier et de comprendre des phénomènes très
fondamentaux. En collaboration avec des équipes de l’Institut Non Linéaire de Nice et du Laboratoire Kastler Brossel, l’équipe
s’intéresse en particulier à la possibilité de concevoir un laser aléatoire dans un gaz d’atomes froids mais également aux
signatures optiques originales de l’aspect fortement résonant des atomes.

Laser aléatoire dans un gaz d’atomes froids

Un système présentant de la diffusion multiple en présence de gain est susceptible de présenter un seuil laser tout comme dans un
laser classique. On parle alors de laser aléatoire.
La différence fondamentale entre les deux systèmes réside dans le fait que la cavité laser est remplacée par la diffusion multiple.
De nombreuses questions restent ouvertes concernant les lasers aléatoires, en
particulier relatives à l’origine du seuil et au rôle des effets interférentiels (localisation d’Anderson). Les gaz atomiques
constituent un environnement de choix pour l’étude de ces aspects. Cependant, les atomes sont à l’origine à la fois du gain
et de la diffusion ce qui complique l’écriture de modèles. En utilisant deux modèles de transport couplés à la polarisabilité
atomique d’un atome à deux niveaux pompé fortement, nous avons décrit théoriquement et de manière quantitative la position du seuil
laser en régime de rétroaction incohérente dans un système atomique présentant du gain Mollow.
La réalisation expérimentale d’un tel laser est actuellement en cours dans l’équipe de Robin Kaiser à l’Institut Non Linéaire de Nice.


Épaisseur optique de seuil d’un laser aléatoire basé sur le gain Mollow calculé pour chaque paire de paramètres de pompage
Delta (désaccord) et Omage (fréquence de Rabi).

Transmission cohérente dans un gaz d’atomes froids

Grâce à la particularité qu’ont les atomes d’avoir une section efficace de diffusion à résonance et une durée de vie d’émission spontanée très grandes, il est possible d’observer des phénomènes nouveaux liés à la propagation d’ondes dans les gaz d’atomes froids.
Nous nous intéressons en particulier à la transmission d’un faisceau laser au travers d’un nuage atomique. Après une longue illumination du système afin d’obtenir le régime stationnaire, le fait d’éteindre le faisceau laser beaucoup plus rapidement que la durée de vie des atomes entraîne l’apparition d’un flash de lumière en transmission d’une durée variable dépendant en particulier de l’épaisseur optique et de la température du nuage. Cet effet trouve son origine dans l’application du théorème de superposition : à grande épaisseur optique, lors de l’illumination, le champ diffusé par les atomes compense en grande partie celui du laser incident. Lors de la coupure rapide du faisceau, il ne reste que le champ diffusé qui n’a que peu varié et qui est à l’origine du flash. Cet effet a été étudié théoriquement
et numériquement en collaboration avec l’équipe de Dominique Delande au Laboratoire Kastler Brossel. Les simulations ont été menées
en trois dimensions avec prise en compte de l’aspect vectoriel de l’onde, de la température du nuage et du pousse-atome. Les simulations ainsi que les résultats théoriques ont été comparés quantitativement avec succès aux expériences menées à l’Institut Non Linéaire de Nice dans l’équipe de David Wilkowski.


Exemple de surintensité (flash) observée à l’allumage et à l’extinction de laser

Haut de page