Gabriel DUTIER Cavit nanomtrique de vapeur de Csium : spectroscopie  haute rsolution et interaction de surface de type van der Waals Universit Paris. slide 0

Gabriel DUTIER Cavit nanomtrique de vapeur de Csium : spectroscopie haute rsolution et interaction de surface de type van der Waals Universit Paris.

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    04-Apr-2015

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Page 1 Gabriel DUTIER Cavit nanomtrique de vapeur de Csium : spectroscopie haute rsolution et interaction de surface de type van der Waals Universit Paris 13 Villetaneuse Laboratoire de Physique des Lasers Institut Galile Page 2 I. Hamdi A. Yarovitski(Lebedev Physical Institute, Moscow) S. Saltiel(University of Sofia, Bulgaria) M. Fichet M-P. Gorza D. Bloch M. Ducloy Laboratoire de Physique des Lasers Equipe OCR : Page 3 INTRODUCTION Objectif et finalit : OCR dans FASTnet, tude des effets lis au confinement dun systme atomique proche dune paroi physique. Problmatiques : QED en cavit, modification dtat atomique Spectroscopie, proprit de vapeur linterface dune fentre Rsultats antrieurs : Potentiel rpulsif (rflexion slective) Cellule mince (10 100 microns) : trop large Projet en dbut de thse : Sonder trs proche des surfaces (5 nm) : croisement de niveaux En cours de thse : Utilisation des nouvelles cellules ultra minces (nanomtriques) Page 4 PLAN DE LEXPOS 1.Des Cellules Minces aux Cellules Ultra Minces 2.Spectroscopie en Cellule Ultra Mince 3.Interaction Atome-Surface : 1.- van der Waals attractif 2.- van der Waals rsonnant 3.- Croisement de niveaux 4.Conclusion et perspectives Page 5 LES CELLULES MINCES (jusqu 100 m) Slection de vitesse : L/v >> : Rgime permanent L/v : Rgime transitoire Spectre sub-Doppler Faisceaux incidence normale - Vapeur dilue : vol de paroi paroi - Dsexcitation optique par collision sur les parois faisceau lumineux Page 6 Absorption dune vapeur atomique en Cellule Mince : Absorption Usuelle en Cellule Macroscopique Terme de phase Atome 2 niveaux : Absorption : Sub-Doppler pour : : Rtrcissement Dicke cohrent Page 7 La Rflexion Slective (cellules en volume) FentreVapeur Rflexion Slective Transmission P 0 (z) : Rponse atomique en rgime transitoire (z=v z t) Le signal de rflexion slectif est dispersif FM = d(RS)/d : slection de vitesses lentes exp(2ikz) : paisseur sonde ~ /4 ( incidence normale) Mthode dinvestigation de linteraction de vW Page 8 Absorption dune vapeur atomique en Cellule Ultra Mince ( Dplacement rouge >< >< Transmission FM, Cs(D 1 ), fentres en YAG 1 seule surface : C 3 =2 kHz. m 3 A 100 nm : dplacement=2MHz Dplacement rouge : 10 MHz Largeur : 70 MHz Dplacement rouge : 90 MHz Elargissement : 170 MHz Dplacement rouge : 200 MHz Elargissement : 600 MHz Page 21 Rflexion FM, Cs(D 1 ), fentre en YAG -800-4000400800120016002000 -800-4000400800 EXPERIENCE Dplacement, MHz 60 nm 80 nm 90 nm 130 nm 53 nm Dplacement, MHz F = 4 F = 3 THEORIE Page 22 Couplage Rsonnant (dispersif) entre Cs (6D 3/2 ) et la Surface de Saphir Couplage en EMISSION (uniquement pour niveaux excits) Emission atomique virtuelle couple avec labsorption virtuelle dun polariton de la surface dilectrique Surface de saphir 21 m 12 m Csium 876 nm 12.15 m 6 P 1/2 894 nm 15.57 m 6 D 3/2 7 P 1/2 7 P 3/2 6 S Le niveau Cs(6D 3/2 )-saphir : dilectrique dispersif Page 23 Cs (6D 3/2 )-saphir : Potentiel Rpulsif Le niveau Cs(6D 3/2 )-saphir : dilectrique dispersif 1 seule surface : Niveau Rsonnant : C 3 = -160 kHz. m 3 (valeur exprimentale) Dplacement = -160 MHz 100nm Page 24 En transmission : excitation deux photons - co(-contra)propageant - configuration 60 ( Brewster) Dans les deux cas : - effets Stark dynamique non matriss - petites paisseurs non atteintes excitation par tapes 6S 1/2 -6P 1/2 (894 nm) + 6P 1/2 -6D 3/2 (876 nm) Peuplement du niveau 6P 1/2 aux faibles paisseurs ? Le niveau 6D 3/2 en Cellule Ultra Mince : fentres en saphir 6S-6P6P-6D k total k 6S-6P k 6P-6D Page 25 Excitation par tapes du niveau 6D 3/2 Sonde sur 6P-6D (876 nm) - Elargissement - Asymtrie - Dplacement Bleu Transmission directe en Cellule Ultra Mince : fentres en saphir Page 26 Croisement de niveaux : z ~ 5 nm THz Coef. dimage dilec (MHz.m 3 ) Evolution du couplage rsonnant entre le niveau 6D 3/2 et la surface de saphir avec la distance : Page 27 5 nm 50 < d < 500 nm 5 nm Croisement de niveaux : z ~ 5 nm ? ~1-50 GHz Croisement vit entre les 2 potentiels : tats lis Page 28 Le laser 917-921 nm Laser 920 nm avec une cavit tendue en configuration Littman. Balayable sur 6 nm (1.7 THz) entre 916 nm et 922 nm. Rsolution spectrale du systme de 0.3 GHz ( -mtre). Spectroscopie dans les ailes de raies : sensibilit jusqu 10 -5 -10 -6 de labsorption Csium 917 nm 6 P 3/2 6 S 1/2 852 nm 6 D 5/2 6 D 3/2 921 nm Page 29 Transmission d = /2 = 458 nm T=250C Page 30 PLAN DE LEXPOS 1.Des Cellules Minces aux Cellules Ultra Minces 2.Spectroscopie en Cellule Ultra Mince 3.Interaction Atome-Surface : 1.- van der Waals attractif 2.- van der Waals rsonnant 3.- Croisement de niveaux 4.Conclusion et perspectives Page 31 Conclusion 1.Epaisseur sonde et mesure 10 nm prs 2.La rponse optique en Cellule Ultra Mince est un mlange absorption-dispersion 3. Interaction Atome-Surface : - van der Waals attractif : observation et modlisation - van der Waals rsonnant : en cours... - Croisement de niveaux : pas deffet mieux que 10 -5 -10 -6 Page 32 Rsolution Spatiale du van der Waals Transmission en Cellule Ultra Mince d = 32 nm PERSPECTIVES : Page 33 PERSPECTIVES (suite) : 2 fentres : images multiples d fentre Grandes diffrences pour le 6D 3/2 (interfrences) Page 34 Pige atomes entre deux potentiels rpulsifs en Cellule Ultra Mince : - Deux potentiels van der Waals rpulsifs - Deux Ondes vanescentes PERSPECTIVES (suite) : Page 35 Interaction van der Waals atome-atome en cavit : Transmission en milieu dense > 10 14 at/cm 3 Observation de diffrences entre les 4 transitions hyperfines de Cs(D 1 ) avec la pression paisseur sub-longeur donde : d< ij +...

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