Interaction d'un rayonnement laser avec un gaz atomique

Abstract

Ce travail a été consacré à l'étude de la dynamique d'un atome soumis à un champ électromagnétique extérieur cohérent classique. Sous l'effet de l'absorption, l'atome émet un rayonnement électromagnétique quantifié dû essentiellement à l'émission spontanée. L'étude de la dynamique interne de cet atome, c'est-à-dire l'évolution entre l'état fondamentale et l'état excité, a montré l'existence d'une force radiative sur l'atome due à l'absorption atomique du rayonnement, alors que la moyenne des forces dues à l'émission est nulle. Pour décrire la dynamique externe de l'atome (dans l'espace des impulsions) en partant de la dynamique interne, il s'est avéré qu'il y a une analogie avec l'étude du mouvement Brownien. L'atome se voit alors soumis à un grand nombre de collisions avec les particules légères (les photons) qui se traduisent par une force de freinage. L'équation du mouvement de l'atome est bien celle du mouvement Brownien avec un coefficient de friction ß, dû aux forces radiatives, et un coefficient de diffusion D dû aux fluctuations crées par l'émission spontanée du rayonnement. Lors du refroidissement Doppler, l'atome interagit avec le rayonnement par un réglage de fréquence légèrement vers le rouge par rapport à la fréquence du transition atomique. La température limite d'un gaz d'atomes en interaction avec le rayonnement est définie, lorsque le système (atome-rayonnement) atteignent l'équilibre thermodynamique et où les vitesses des atomes sont suffisamment faibles, par une relation entre les coefficients de diffusion D et de friction ß appelée la relation d'Einstein. Cette relation est d'ordre zéro en vitesse. Dans ce travail nous avons étudié l'effet des faibles vitesses des atomes sur la température limite d'un gaz d'atomes soumis au refroidissement Doppler, dont les coefficients D et ß sont pris par leurs moyens. Il est constaté, d'après l'étude de variation de la température limite en fonction de désaccord du rayonnement, que cette étude a une bonne convergence avec l'autre étude pour les petits désaccords en insistant sur l'apparition d'un effet d'échauffement provoqué par l'insertion des faibles vitesses des atomes. Cependant il apparait un comportement étrange pour les grands désaccords qui peut être interprété par l'absence de thermalisation du système.