Atomes froids

 

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Activités de recherches:

 

La propagation d'ondes en milieu diffusant est une thématique qui intéresse de nombreux domaines de recherche (imagerie médicale, acoustique, sismologie, physique stellaire, ...). Les expériences menées dans notre groupe à l’INLN utilisent un milieu original: un nuage d'atomes froids. Les propriétés très particulières de ce type de milieu diffusant (résonances étroites, structure interne des diffuseurs, effets mécaniques de la lumière sur les atomes, effets quantiques...) donnent naissance à une physique particulièrement riche. Nous nous intéressons à plusieurs sujets s'inscrivant dans ce contexte. Ces sujets sont étudiés expérimentalement, grâce à deux expériences d’atomes froids et plusieurs petites expériences utilisant des vapeurs chaudes, et  aussi théoriquement, en particulier grâce à de nombreuses collaborations.

 

Laser aléatoire à atomes froids

Un laser aléatoire est un laser sans cavité optique, dans lequel l’effet de rétroaction est fourni par de la diffusion multiple au sein du milieu à gain lui-même. Ce type de laser existe depuis quelques années seulement et est un sujet d’étude très actuel dans la communauté de la photonique. Nous avons récemment observé un effet de laser aléatoire dans un nuage d’atomes froids dans lequel nous avons réussi à combiner gain et diffusion multiple. Nous souhaitons maintenant étudier plus précisément les propriétés de ce laser aléatoire.
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Diffusion coopérative

Lorsqu'un photon est envoyé sur un ensemble d'atomes, il interagit collectivement avec les N atomes du nuage, et pas simplement avec l'un d'entre eux. Cela donne lieu à des modifications mesurables dans le taux de diffusion, le diagramme d'émission ou la dynamique temporelle. Nous étudions ces effets coopératifs aussi bien expérimentalement que théoriquement.
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Localisation

Lors de la propagation d'une onde dans un milieu très désordonné, il est prévu, au delà d'un certain niveau de désordre, que les effets d'interférence bloquent complètement le transport de l'onde. Cette "localisation d'Anderson" n'a encore jamais été observée clairement pour la lumière. Nous étudions, pour l'instant au niveau théorique, dans quelle mesure un nuage d'atomes froids serait un milieu adapté à cette observation.
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Force à longue portée induite par la lumière

Nous étudions également l'action mécanique de la lumière sur les atomes froids lors de la diffusion multiple. Cela peut induire des instabilités mécaniques, que nous avons étudiées expérimentalement et théoriquement. De plus, il s’agit d’une force à longue portée, comme les interactions coulombienne et gravitationnelle. Il existe donc des analogies intéressantes avec la physique des plasmas et les systèmes gravitationnels.
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Diffusion multiple de la lumière dans des vapeurs chaudes

Dans une vapeur chaude, l'effet Doppler induit une redistribution de fréquence qui change les propriétés de transport de la lumière. Nous avons mis en évidence expérimentalement que la lumière effectuait des "vols de Lévy", c'est-à-dire des très longs pas dominant la dynamique du système. Nous étudions aussi la polarisation de la lumière diffusée en lien avec des problématiques astrophysiques.
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Optique non linéaire

Les vapeurs atomiques présentent de fortes non-linéarités optiques et nous exploitons cette caractéristique dans des expériences sur des vapeurs chaudes et froides. Dans ce dernier cas, l'aspect mécanique joue également un rôle, avec la formation spontanée d’une modulation de densité atomique.
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Anciens projets

  • Transport radiatif de la lumière dans un nuage d'atomes froids
  • Rétrodiffusion cohérente de la lumière par un nuage d’atomes froids
  • Refroidissement laser du strontium