processus atomiques cohérents appliqués à l'analyse spectrale très ...

universitÉ de paris-sud
U.F.r. scientifique d'orsay
THESE PRÉSENTÉE POUR OBTENIR
Le GRADE de DOCTEUR EN SCIENCES
DE L'UNIVERSITÉ PARIS XI ORSAY par Frédéric de Seze Sujet :
Vers l'enregistrement d'un signal quantique dans des ions de terre rare en
matrice cristalline Soutenue le vendredi 8 juillet 2005 devant la commission d'examen composée
de :
Mr Daniel Bloch (Rapporteur)
Mr Philippe Boucaud (Examinateur)
Mr Claude Fabre (Président)
Mr Jean-Louis Le Gouët (Directeur de thèse)
Mme Fabienne Pellé (Rapporteur)
A Constantin Georgoulis, avec toute mon amitié Un grand merci... Il est d'usage de commencer un manuscrit de thèse en remerciant les
différentes personnes qui ont accompagné le doctorant tout au long de ce
chemin de trois ans. J'ai eu moi-même la chance de croiser de très
nombreuses personnes durant cette période, dont chacune me fut, à sa façon,
d'une très grande aide. Les remerciements sont un paragraphe d'autant plus important que c'est en
général le seul qui est lu par tous ces gens à qui l'on offre fièrement
notre thèse, dont le titre leur semble écrit dans une langue
particulièrement étrangère. Merci à eux de me rappeler au quotidien qu'il
existe bien d'autres langages que celui des mathématiques.
Au laboratoire ... Je remercie tout particulièrement mon Directeur de Thèse, Jean-Louis
Le Gouët, pour son enthousiasme et la passion contagieuse qu'il met dans
tout ce qu'il fait. Je le remercie également pour sa compréhension et sa
patience à mon égard. J'ai beaucoup appris à son contact, qui fut très
enrichissant, et je ne saurais trop le remercier d'avoir su me parler et me
remotiver dans les moments difficiles. Je lui souhaite une très bonne
continuation sur cette longue route. Je suis ravi d'avoir compté Ivan Lorgeré dans le groupe dans lequel
j'ai effectué ma thèse. Sa bonne humeur quotidienne fut un vrai rayon de
soleil au cours de ces années. Merci aussi à Fabien Bretenaker pour ses
sourires, ses nombreux conseils scientifiques et les apéros du mardi sur sa
terrasse ensoleillée. J'ai eu la chance d'avoir auprès de moi un grand frère de manip, qui
m'a pris en charge lorsque j'arrivais au labo comme jeune stagiaire. Merci
à Vincent Lavielle pour ses doigts de fée, son joyeux caractère, nos
longues discussions sur la science et sur le reste, et pour ses bouquins
sur les Ovnis que je vais enfin avoir le temps d'ouvrir. Je souhaite aussi
une très bonne continuation aux p'tits jeunes, Vincent Crozatier, Guillaume
et Anne, et je les remercie pour le bol d'air qu'ils apportent et pour leur
sourire au quotidien. J'ai également une pensée particulière pour tous les
autres doctorants du labo, en particulier pour mes contemporains Aurélie et
Nassim. Bon courage et bonne chance à eux pour la suite. Je remercie aussi toutes les équipes techniques et administratives du
laboratoire. Merci en particulier à Amanda, à Patrice Leroy et à Henry
Pézard pour leur gentillesse, leur disponibilité et leur très grande
compétence. Merci aussi aux membres des différentes équipes avec lesquelles nous
avons collaboré au cours de cette thèse, en particulier à Olivier Guillot-
Noël et à Philippe Goldner, pour ces moments partagés. Je remercie enfin les différents membres de mon jury : Daniel Bloch
et Fabienne Pellé qui ont accepté la lourde tâche d'être rapporteur, ainsi
que Claude Fabre et Philippe Boucaud, pour leur disponibilité et l'intérêt
qu'ils ont bien voulu porter à ce travail de thèse.
... en dehors ...
J'ai eu l'occasion d'effectuer au cours de ces trois années de thèse
un monitorat d'initiation à l'enseignement supérieur à l'IUT d'Orsay. Cette
expérience fut très sympathique et enrichissante, et a confirmé ma passion
de toujours pour l'enseignement. Je remercie très vivement François Périnet
et toute l'équipe d'optique de l'IUT, pour leur accueil chaleureux et
enthousiaste. Merci en particulier à ma tutrice, Mireille Gadenne, pour la
liberté totale qu'elle m'a laissé, sa confiance, ses conseils avisés, sa
désorganisation notoire, son humour et son amitié qui m'ont donné la
sensation de me sentir pleinement chez moi à l'IUT.
Un monitorat se couple avec des stages d'initiation à l'enseignement
supérieur proposés par le CIES. Merci pour tous ces moments instructifs, et
notamment aux moniteurs et aux encadrants des stages théâtre Pwettt et
Sharkspalace, qui ont contribué à faire naître ma nouvelle passion pour le
théâtre. Merci aussi à Nouari et Alain, les grands gourous du CIES, pour
leur présence à la fois instructive et très sympathique, et leur légendaire
bonne humeur.
Merci également à tous les membres de la Ludi-Idf, pour cette année
partagée dans la joie et la franche rigolade. Merci en particulier à
Fayçal, Abass, Marie, Fafa, Charlotte, Lucie, Romain, Yves, Ingrid, Manu,
Nico, Nolwen, Clément, Julie, Violaine, Etienne, Guillaume, qui sont les
personnes que j'ai eu le plus le temps de rencontrer cette année. Merci
aussi à nos chers profs Laurent, Pacal, Cathy, JC et Karine. Après tout ça,
parler en public ne sera plus jamais pareil, même en tant que prof.
Un très grand merci à mon fidéle ami Eric Collignon, qui m'accompagne
avec joie, enthousiasme et confiance depuis de nombreuses années. Sa
présence, son écoute, ses conseils et son sourire à la vie sont un joyau
très précieux pour moi sur mon chemin.
Je remercie aussi la famille de Besmaux, si loin mais très proche,
pour sa bonne humeur qui fait toujours du bien au moral. Merci à Lucie,
Fany, John, Guillaume, Manu, Christiane, Guy, Fabrice, Joël ... et tous
les autres.
Enfin, merci très profondément à ma famille, à mes parents géniaux qui
m'ont toujours soutenu malgré mes nombreuses frasques, et à mes frères et
s?urs adorés Bastien, Maïlys et Marine.
... et à la maison.
J'ai eu la très grande chance d'habiter à la Fondation Hellénique de
la Cité Universitaire au cours de ces trois années de thèse. J'ai eu
l'occasion d'y croiser de très nombreuses personnes, de tous les pays et de
toutes les cultures. Je tiens à toutes les remercier de ce qu'elles m'ont
apporté, de connaissances et de rires, de soirées sans fin et de bouteilles
de vin, de chansons, d'apprentissages, et tout simplement d'échanges. Les
citer toutes ici serait impossible, mais je garde une place pour chacun
d'entre eux dans un coin de ma tête et de mon c?ur.
Je remercie particulièrement mes potes francophones, Alexis et Benoît,
pour toutes ces soirées chanson française et « Jean - Luc Pouteau ». Merci
aussi à tout le groupe Diaspora, Johan, Hugo, Anastassia, Maddalena, Lore,
Melina, pour cette année géniale passée ensemble et les nombreuses virées
Chez Georges.
Merci à tous les amis que j'ai eu l'occasion de côtoyer pendant ces
années, pour leur présence, leur accueil chaleureux et leur sourire
quotidien. Sans pouvoir tous les citer, j'ai une pensée particulière pour
Anestis, Rallou, Fabio, les Ioannis et les Giorgos, Vassilis, Kostas,
Dyonisis, Pagona, Eleni, Yacine, Giorgia, Ileana, Danai, Anna, Sofia,
Ismini, Regina, Angeliki, Alkis, Gina, Lida et Iota, Natassa, Liza, sans
oublier Jean-Claude, l'ineffable Mme Prat et Choupette.
Enfin, un très grand merci à Mme Maria Gravari-Barbas pour sa
gentillesse, son sourire, ses éclats de rire et son hospitalité
bienveillante. Et un merci qui vient du fond du c?ur pour Mr Constantin
Georgoulis, qui est un homme formidable. Le c?ur sur la main et la chanson
paillarde sur la langue. Cette thèse lui est dédiée, avec toute mon amitié. « A poil là-dedans »
Eddy Mitchell,
Le bonheur est dans le pré « Ressuciter, c'est cool »
Robert H. Ziegler,
Philosophe allemand contemporain « Puisqu'on ne peut échapper au Présent,
pourquoi ne pas l'accueillir, s'en faire un ami ? »
Eckhart Tolle Table des matières 1 Introduction 1 2 Ions de terre rare en matrice cristalline
9
2.1 Présentation générale
10
2.2 Propriétés physico-chimiques des ions de terre rare
11
2.3 Niveaux d'énergie des ions en matrice cristalline
12
2.4 Elargissement homogène et inhomogène 21
2.5 Choix du matériau et de la matrice
26
2.6 L'ion Tm3+ :YAG 28 3 L'ion Tm3+ :YAG en champ magnétique 33
3.1 Introduction 34
3.2 Conséquences de la symétrie D2 des sites de l'Yttrium
36
3.3 Effet de l'orientation du champ magnétique appliqué
42
3.4 Conditions expérime