Lasers
Interaction lumière-atomes
1st Edition
Published on 11. August 2022
546 pages
978-2-7598-0277-7 (ISBN)
Description
Pour aider les étudiants et les scientifiques qui souhaitent comprendre comment fonctionnent les lasers et/ou qui en ont besoin pour améliorer leur fonctionnement, ce livre scientifique aborde: le langage des probabilités d'Einstein, la description du faisceau gaussien et des modes du rayonnement, l'approche de l'interaction quantique entre l'atome et le champ électrique de l'onde. Un ouvrage complet et riche.
More details
Persons
Contributor: Bernard Cagnac Professeur à l'université Pierre et Marie Curie (Paris VI). (au moment de la parution de l'ouvrage) --- Contributor: Jean-Pierre Faroux Professeur à l'université Pierre et Marie Curie (Paris VI). (au moment de la parution de l'ouvrage)
Content
- Intro
- Table des matières
- Introduction
- Partie I. Action d'un champ électromagnétique classique sur un système à deux états quantiques
- 1 Action d'une onde classique sur un atome isolé
- 1.1 Hamiltonien de l'interaction dipolaire électrique
- 1.2 Résolution de l'équation de Schrödinger. Représentation « tournante ». Approximation séculaire
- 1.3 Cas d'un seul atome non perturbé. Oscillation de Rabi pure
- 1.4 Les expériences de Rabi sur jet atomique
- 2 Équations différentielles de Bloch
- 2.1 Introduction des variables collectives, moyennées sur les atomes
- 2.2 Expression de l'équation de Schrödinger avec les nouvelles variables
- 2.3 Description théorique de l'émission spontanée et des collisions
- 2.4 Équations différentielles de Bloch
- 3 Solution stationnaire des équations de Bloch
- 3.1 Calcul de la solution stationnaire
- 3.2 Les populations atomiques. Comparaison avec le modèle des probabilités de transition
- 3.3 La polarisation atomique. Absorption et dispersion
- 3.4 Courbes de résonance en fréquence. Élargissement de puissance
- 3.5 Saturation
- 3.6 Comparaison avec l'oscillateur classique. Force d'oscillateur
- 4 Comparaison avec la résonance magnétique (spin 1/2)
- 4.1 Hamiltonien d'interaction avec un champ magnétique
- 4.2 Équation de Schrödinger dans un champ transverse oscillant
- 4.3 Vecteur moment magnétique atomique
- 4.4 Vecteur de Bloch
- 4.5 Aimantation volumique et relaxation
- 4.6 Solution stationnaire. Observation expérimentale
- 5 Solution transitoire des équations de Bloch
- 5.1 Calcul dans le cas résonnant. Amortissement de l'oscillation de Rabi
- 5.2 Calcul de l'oscillation amortie dans le cas général, non résonnant
- 5.3 Comparaison des oscillations atomiques individuelles avec l'oscillation collective
- 5.4 Observation expérimentale de l'oscillation collective
- 6 Impulsions courtes de l'onde électromagnétique
- 6.1 Impulsions carrées résonnantes à très forte intensité
- 6.2 Généralisation au cas d'impulsions résonnantes non carrées
- 6.3 Impulsions carrées hors résonance. Élargissement de la résonance par réduction de la durée d'interaction
- 6.4 Évolution libre de la polarisation dans le noir
- 6.5 Cas de deux impulsions cohérentes successives (Ramsey). Explication approchée
- 6.6 Calcul exact des franges de Ramsey
- 6.7 Application aux expériences de physique atomique et de métrologie
- 7 Champs électromagnétiques intenses
- 7.1 Le hamiltonien dans la Représentation « Tournante »
- 7.2 Cas non résonnant « déplacements lumineux » ou effet Stark dynamique
- 7.3 Observation expérimentale des déplacements lumineux
- 7.4 Cas résonnant doublet Autler-Townes
- 7.5 Oscillation de Rabi à résonance
- 7.6 Effet Bloch-Siegert et approximation séculaire (en Résonance Magnétique)
- Partie II. Fonctionnement des lasers dans le modèle des probabilités de transition
- 8 L'amplification d'une onde de lumière
- 8.1 Les équations d'évolution des populations atomiques, coefficients d'Einstein
- 8.2 Sections efficaces d'interaction. Différence pondérée des populations
- 8.3 La saturation à forte intensité lumineuse
- 8.4 Coefficient d'absorption généralisé. L'inversion des populations, condition d'amplification
- 8.5 Les processus d'inversion ou de pompage
- 9 Équations fondamentales du laser oscillateur ou générateur
- 9.1 Amplification et oscillation. Rôle d'une cavité résonnante
- 9.2 Constante de temps et coefficient de qualité d'une cavité
- 9.3 Équation différentielle de l'énergie lumineuse. Seuil de fonctionnement
- 9.4 Comparaison avec le gain sur un tour de cavité
- 9.5 Équations différentielles des populations. Exemples de modélisation
- 10 Régime continu de fonctionnement
- 10.1 Équation de l'énergie lumineuse. Populations au seuil
- 10.2 Raisonnement sur un tour. Gain saturé et gain non saturé
- 10.3 Bilan stationnaire des populations. Puissance de sortie
- 10.4 Optimisation de la puissance de sortie
- 10.5 Bilan d'énergie. Compétition entre émissions spontanée et stimulée
- 11 Régimes variables ou impulsionnels
- 11.1 Oscillations de relaxation, conséquence des équations non linéaires couplées
- 11.2 Démarrage d'un laser continu
- 11.3 Impulsions déclenchées
- 11.4 Calcul approché des impulsions géantes très courtes
- 11.5 Impulsions ultra courtes en blocage de modes
- 11.6 Dilatation et compression d'impulsion
- 12 Divers types de lasers
- 12.1 Gaz pompés par décharge électrique
- 12.2 Excimères ou Exciplexes
- 12.3 Pompage optique ou chimique dans les gaz
- 12.4 Pompage optique en milieu condensé. Lasers accordables
- 12.5 Lasers à semi-conducteurs
- 12.6 Chaînes d'amplificateurs pour les fortes puissances
- 13 Fréquence de l'oscillation laser
- 13.1 Résonances de cavité et résonance atomique. Mode pulling
- 13.2 Élargissement homogène par collisions
- 13.3 Élargissement inhomogène. Classes d'atomes. Classes de vitesses
- 13.4 « Hole burning », conséquence des classes d'atomes
- 13.5 Cas des gaz en cavités : résonance de saturation et Lamb-dip
- 13.6 Compétition de modes dans les lasers à gaz
- 14 Techniques de contrôle des fréquences laser
- 14.1 La première sélection de fréquence d'un laser accordable
- 14.2 Cavité en anneau unidirectionnelle
- 14.3 Interféromètres en cascade dans un laser accordable monomode
- 14.4 Synchronisation par injection
- 14.5 Asservissements sur une raie fine. Standards de fréquence et de longueur
- 14.6 Cohérence temporelle et spatiale
- Partie III. Calcul des ondes émises
- 15 Le faisceau gaussien en espace libre
- 15.1 Approximation des ondes sphériques paraxiales
- 15.2 Limitation gaussienne de l'étendue du front d'onde
- 15.3 Rappel de la résolution des équations d'onde par la méthode de Kirchhoff
- 15.4 Application de la méthode de Kirchhoff à un faisceau paraxial : stabilité de la solution gaussienne
- 15.5 Caractéristiques de l'onde gaussienne
- 15.6 Problèmes de détermination des Caractéristiques gaussiennes
- 15.7 Transformation de l'onde gaussienne par une lentille
- 15.8 Aspect vectoriel de l'onde gaussienne
- 16 Les modes d'une cavité linéaire
- 16.1 Le faisceau gaussien en cavité linéaire (modes gaussiens fondamentaux)
- 16.2 Équation des ondes paraxiales (approximation de l'enveloppe lentement variable)
- 16.3 Solutions de l'équation paraxiale à variables x et y séparées. Modes transverses de Hermite-Gauss
- 16.4 Mise en évidence expérimental des modes transverses
- 16.5 Comparaison avec les modes guidés
- 17 Propagation dépendant de la polarisation atomique
- 17.1 Couplage des équations d'onde et des équations quantiques de Bloch
- 17.2 Équations de Maxwell avec second membre. Ondes planes dans les milieux isolants, homogènes et isotropes
- 17.3 Onde plane progressive quasi sinusoïdale (approximation de l'enveloppe lentement variable). Laser amplificateur
- 17.4 Onde stationnaire dans une cavité laser (en dessous de la saturation)
- 17.5 Effet de la saturation dans une onde stationnaire (laser oscillateur, modèle de Lamb)
- 17.6 Propagation d'impulsions ultracourtes : aires d'impulsion
- 17.7 Impulsions ultracourtes très intenses. Autotransparence
- 18 Les dipôles atomiques, sources de rayonnement
- 18.1 Onde rayonnée par un dipôle oscillant
- 18.2 Application au dipôle atomique créé par une onde incidente
- 18.3 Interférences des ondes dipolaires dans les directions obliques
- 18.4 Diffusion cohérente vers l'avant
- 18.5 Superradiance due aux interactions entre voisins
- 18.6 L'émission spontanée amplifiée (ou A.S.E., Amplified Spontaneous Emission)
- 18.7 Émission libre cohérente et échos de photons
- 19 Vecteur dipôle atomique et polarisation des ondes
- 19.1 Représentation standard du moment angulaire ou dipolaire
- 19.2 Théorème de Wigner-Eckart
- 19.3 Action d'une onde polarisée circulairement
- 19.4 Probabilités de transition et coefficients d'Einstein
- 19.5 Diagrammes de rayonnement des transitions dipolaires électriques
- 19.6 Base standard
- 19.7 Changements de base pour la polarisation lumineuse
- Notations
- Index
- A
- B
- C
- D
- E
- F
- G
- H
- I
- J
- K
- L
- M
- O
- P
- Q
- R
- S
- T
- W
- Z
