Refroidissement et dynamique d'atomes dans des potentiels lumineux : mélasses grises, réseaux de plots et réseaux brillants

This thesis deals with two types of problems : first the cooling and the dynamics of atoms in grey molasses and grey lattices, second the presentation of a new spectroscopic method to study the atomic dynamics in bright lattices. In potential structures such as grey molasses, Cesium atoms are cooled to very low temperatures (800 nK) since they are trapped in states where they experience a very weak influence of light. The addition of a strong static magnetic field then transforms the potential structure seen by the atoms in a landscape of hills regularly separated by flat valleys. In this new environment called grey lattice, the dynamical behaviour of atoms becomes unusual: they bounce like a pinball on the potential antidots. Bright lattices in comparison, exhibit a potential structure loooking like of a landscape of pits (potential wells) in which atoms remain trapped. In order to study in more details the atomic dynamics in such bright lattices, we implemented the spectroscopic technic of "coherent transient". The very good signal to noise ratio given by this technic and an increased frequency selectivity allowed us to attribute to the potential anharmonicity the main part of the relaxation of the atomic oscillation in the potential wells. Besides, this technic allowed a quantitative study of the atomic transport in bright lattices.Cette thèse a deux volets : d'abord l'étude du refroidissement et de la dynamique d'atomes dans des mélasses grises et des réseaux gris, puis la présentation d'une nouvelle méthode de spectroscopie pour étudier la dynamique d'atomes dans des réseaux brillants. Dans les structures de potentiel lumineux que constituent les mélasses grises, les atomes de Césium sont refroidis à des températures particulièrement basses (800 nK) car ils sont piégés dans des états où ils ne subissent pratiquement plus l'influence de la lumière. L'addition d'un fort champ magnétique statique transforme alors la structure de potentiel vue par l'atome en un paysage de collines régulièrement séparées par des vallées plates. Dans ce nouvel environnement dénommé réseau gris, le comportement dynamique des atomes devient inhabituel : ils rebondissent de plot en plot comme des billes de flipper. Les réseaux brillants, en comparaison, présentent une structure de potentiel en forme de fosses (puits de potentiel) dans lesquelles les atomes restent piégés. C'est pour étudier plus en détail la dynamique atomique dans ces réseaux brillants que nous avons mis au point la technique spectroscopique de "transitoire cohérent". Grâce à son très bon rapport signal sur bruit et une sélectivité en fréquence accrue, cette technique nous a permis d'attribuer à l'anharmonicité du potentiel la majeure partie de la relaxation du mouvement oscillatoire des atomes dans les puits. Par ailleurs, elle a permis une étude quantitative du transport atomique dans les réseaux brillants