Sub-Doppler spectroscopy of alkali vapors confined in nanometric and micrometric thin cells
Spectroscopie sous-Doppler de vapeurs alcalines confinées dans des cellules minces nanométriques et micrométriques
Résumé
This thesis explores various aspects of sub-Doppler spectroscopy, ranging from fundamental studies of the Zeeman effect to coherent pumping processes. It provides a general overview of past and present advancements using thin spectroscopic cells of nanometric and micrometric thickness. From a theoretical perspective, we recall the model describing the interaction between a laser and a vapor confined in a thin cell. We present a comprehensive theoretical description of the behavior of a sodium vapor under magnetic fields up to 10 000 G. Additionally, we develop a complete theoretical framework for dipole moment cancellation and calculate the magnetic field values at which Zeeman transitions of alkali atoms are canceled. These values depend solely on physical constants and can serve as standards for calibrating magnetometers. We also present a magnetometer scheme utilizing thin potassium cells allowing to measure magnetic fields with high spatial resolution, potentially beneficial for magnetometry in challenging environments. The formation of EIT resonances in strong magnetic fields is investigated both theoretically and experimentally, showing promise for laser frequency locking on strongly detuned frequencies. Lastly, we explore the formation of narrow N-resonances and examine the effect of additional buffer gas on their width and contrast. N-resonances are promising candidates for atomic frequency standards that can be achieved with commercially available diode lasers.
Cette thèse explore divers aspects de la spectroscopie sous-Doppler, allant des études fondamentales de l'effet Zeeman aux processus de pompage cohérent. Elle offre une vue d'ensemble des avancées antérieures et actuelles en utilisant des cellules spectroscopiques fines d’épaisseur nanométrique et micrométrique. Du point de vue théorique, nous rappelons le modèle décrivant l'interaction entre un laser et une vapeur confinée dans une cellule fine. Nous présentons une description théorique complète du comportement d'une vapeur de sodium dans un champ magnétique allant jusqu'à 10 000 G. De plus, nous développons un cadre théorique complet pour l'annulation du moment dipolaire et calculons les valeurs de champ magnétique pour lesquelles les transitions Zeeman des atomes alcalins sont annulées. Ces valeurs dépendent uniquement de constantes physiques et peuvent servir de références pour l'étalonnage de magnétomètres. Nous présentons également un schéma de magnétomètre utilisant de fines cellules de potassium permettant de mesurer les champs magnétiques avec une haute résolution spatiale, potentiellement bénéfique pour la magnétométrie dans des environnements difficiles. La formation de résonances EIT dans des champs magnétiques forts est étudiée théoriquement et expérimentalement, montrant une faisabilité pour le verrouillage de la fréquence laser sur des fréquences fortement décalées. Enfin, nous explorons la formation de résonances N étroites et examinons l'effet d'un gaz tampon supplémentaire sur leur largeur et leur contraste. Les résonances N sont des candidates prometteuses pour des étalons de fréquence atomique pouvant être réalisés avec des lasers à diode disponibles dans le commerce.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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