Etudes de transitions atomiques permises et interdites par spectroscopie laser en vue d'une application aux horloges optiques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2014

Studies of weakly allowed and completely forbidden atomic transitions by laser spectroscopy for optical clocks

Etudes de transitions atomiques permises et interdites par spectroscopie laser en vue d'une application aux horloges optiques

Résumé

This manuscript is focusing on some research activities between laser instrumentation and physics of atomic clocks. The main goal is to develop new atomic clocks using laser spectroscopy on weakly allowed and completely forbidden optical transitions. Starting from a theoretical study of the atomic structure of ceasium atom, I focus then on the theoretical and experimental studies of nuclear spin states in a magnetic field by laser spectroscopy of a weakly allowed atomic transition in two electron atoms. I will also present the possibility to create a "magic" static field which can eliminate the linear and the quadratic Zeeman shift by dressing the nuclear spin with a radiofrequency field. The manuscript will then focus on the possibility to probe the completely forbidden transition of the bosonic isotope by making atoms trapped into a state superposition transparent to the laser light. In order to satisfy a rapid atomic preparation of the state superposition while eliminating any light shift affecting the clock transition, we propose to use a two-photon pulsed spectroscopy which is extended to the more recent Hyper-EIT/Raman spectroscopy.
Ce mémoire porte sur mes travaux de recherche à l'interface entre la physique atomique des horloges et l'instrumentation laser. Ils ont pour objectif de réaliser de nouveaux spectromètres à très haute résolution en fréquence en réalisant la spectroscopie laser de transitions atomiques faiblement permises par couplage dipolaire électrique ou complètement interdites à des fréquences de référence de plusieurs centaines de térahertz. Après avoir brièvement rappelé la structure hyperfine et magnétique de la transition d'horloge de l'état fondamental du césium, atome retenu depuis 1967 pour la définition de la seconde, je poursuivrai avec une étude détaillée, théorique et expérimentale, des états magnétiques d'un spin nucléaire par spectroscopie laser de la transition d'horloge optique entre les états 1S0 et 3P0 d'une espèce fermionique possédant une configuration électronique (ns,nl) avec deux électrons de valence comme le strontium, l'ytterbium ou le mercure. Nous discuterons également l'existence d'un champ magnétique statique "magique" capable de réduire fortement le déplacement linéaire et quadratique Zeeman de la transition d'horloge grâce à l'habillage du spin nucléaire à l'aide d'un champ de radiofréquence. Le manuscrit se focalise ensuite sur la possibilité de réaliser l'interrogation de la transition interdite en préparant l'espèce bosonique, de spin nucléaire nul, dans une superposition d'états quantiques transparente à la lumière laser. Afin de garantir une préparation rapide et efficace de cette superposition d'états tout en éliminant la correction de fréquence induite par la présence de déplacements lumineux, le mémoire présente une nouvelle méthode de spectroscopie à 2 photons par résonance noire en régime impulsionnelle étendue ensuite à la spectroscopie Hyper-EIT/Raman. Le manuscrit se termine avec la présentation d'un nouveau projet de recherche sur la spectroscopie laser infrarouge en sciences atmosphériques et astrophysiques à l'interface entre la physique moléculaire et le développement instrumental d'une source laser ultra-stable en fréquence.
Fichier principal
Vignette du fichier
HDR-TZW-2014-version2.pdf (14.84 Mo) Télécharger le fichier
Etudes_de_transitions_atomiques_permises_et_interdites_par.pptx (4.01 Mo) Télécharger le fichier
Format : Autre

Dates et versions

tel-00958399 , version 1 (12-03-2014)
tel-00958399 , version 2 (17-03-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00958399 , version 2

Citer

Thomas Zanon-Willette. Etudes de transitions atomiques permises et interdites par spectroscopie laser en vue d'une application aux horloges optiques. Physique Quantique [quant-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. ⟨tel-00958399v2⟩
831 Consultations
3266 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More