Electrodynamique en cavité : expériences résonnantes en régime de couplage fort - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1994

Electrodynamique en cavité : expériences résonnantes en régime de couplage fort

Frédéric Bernardot
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 841816

Résumé

Two neighbouring Rydberg levels of an alkali atom coherently exchange one quantum of energy with the electromagnetic field of a high quality factor microwave cavity. Such a situation is conceptually the simplest way to observe the atom-field coupling at the elementary scale. This work presents an experimental demonstration of this interaction, in a regime where the coherent atom-field evolution dominates the damping processes. First, the atom-field coupling is described theoretically (both classically and quantum mechanically), along with some demonstrative experiments. Next, an experiment to perform spectroscopy on the first excited states of the {atom + cavity} system is described. With this device, the frequency of the energy exchange between a three-atom sample and a resonant mode of the electromagnetic field has been measured. Finally, a new experimental apparatus is presented. It makes use of the Ramsey separated oscillatory field technique and has very high spectral resolution. It will allow the observation, in the microwave domain, of the elementary coupling of a single two-level atom with a single electromagnetic field mode, in both the spectral and time domains. Moreover, the realization of this sensitive device, in which the atomic and cavity damping is negligible, will allow fundamental experiments in Quantum Mechanics (non-demolition measurements, Schrödinger cat states, etc.) to be performed using a non-resonant atom-field interaction.
Dans le domaine micro-onde, deux niveaux de Rydberg voisins d'un atome alcalin, d'une part, et le champ électromagnétique confiné dans une cavité supraconductrice de très haute surtension, d'autre part, échangent de manière cohérente un quantum d'énergie lorsqu'ils sont à résonance. Une telle situation est conceptuellement la plus simple dans laquelle le couplage matière-rayonnement se manifeste à l'échelle élémentaire. Ce mémoire présente une mise en évidence expérimentale de cette interaction, dans une situation où l'évolution cohérente atome-champ domine les processus dissipatifs. Le couplage atome-champ est d'abord décrit théoriquement (dans un point de vue classique puis quantique), ainsi que des expériences permettant de le mettre en évidence. Ensuite, une expérience de spectroscopie des premiers états excités du système {atome + cavité} est exposée. Elle a permis d'accéder à la fréquence avec laquelle un échantillon de trois atomes et un mode résonnant du champ échangent leur énergie. Enfin, un nouveau montage expérimental est présenté. Il possède une résolution spectrale très élevée grâce à l'utilisation de la technique du champ oscillant séparé de Ramsey, et doit permettre l'observation, dans le domaine micro-onde, du couplage élémentaire entre un seul atome à deux niveaux et un seul mode du champ électromagnétique, cette observation pouvant se faire aussi bien spectralement que temporellement. La réalisation d'un montage expérimental aussi sensible, et dans lequel les amortissements de l'atome-et de la cavité sont rendus négligeables, ouvre également la voie à des tests subtils de la Mécanique Quantique (mesures sans démolition, chats de Schrödinger, etc.) mettant en jeu une interaction atome-champ non résonnante.
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Dates et versions

tel-00011891 , version 1 (09-03-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00011891 , version 1

Citer

Frédéric Bernardot. Electrodynamique en cavité : expériences résonnantes en régime de couplage fort. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1994. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011891⟩
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