L'objet de ce travail de thèse est d'étudier un cas particulier de l'interaction lumière-matière dans le cadre du stockage d'information quantique. Nous nous sommes intéressés aux processus appelés transitoires optiques cohérents, et plus précisément à l'écho de photon à deux impulsions. Ce processus est observé dans des cristaux dopés aux ions lanthanides, tel que le Tm3+:YAG. Une fois éclairé par une impulsion faible (le signal à stocker) puis par une impulsion plus intense (servant à la remise en phase des dipôles induits), ce milieu atomique, essentiellement un système à deux niveaux avec une transition large, réemet une troisième impulsion, qui est l'"écho" temporel de la première (chapitre 1). Nous avons observé de tels échos expérimentalement, et ce pour des impulsions de signal faibles. Néanmoins, des effets délétères, dûs à l'impulsion de rephasage et à sa propagation, nous ont permis de conclure sur l'impossibilité d'utiliser ce processus tel quel en tant que protocole de mémoire quantique (chapitre 2). Le troisième chapitre a pour objet l'état des lieux des diverses méthodes dérivées de l'écho de photon à deux impulsions. Notamment, nous examinons la capacité théorique des échos Stark à restituer une éventuelle information quantique. Bien que prometteuse, nous lui avons préféré un autre processus, basé sur la structuration de l'absorption du système en peigne de fréquences atomiques (AFC en anglais). Son étude théorique consistitue la fin du chapitre 3. Le dernier chapitre (4) s'attache à résumer les expériences que nous avons réalisées sur le protocole AFC. Elles ont permis d'observer des échos AFC avec une efficacité proche de 10%. Elles ont également permis de dégager des axes de recherche pour améliorer le protocole, comme l'AFC large- bande, ou en régime de comptage de photons.

Cette thèse présente l'étude théorique et expérimentale du contrôle<br />des phénomènes de propagation cohérente d'impulsions ultracourtes<br />dans un milieu résonant optiquement dense. Dans une première partie,<br />nous décrivons les phénomènes élémentaires des effets de<br />propagation. L'épaisseur optique caractérise l'importance de la<br />distorsion temporelle qui apparaît en général sur l'impulsion. A<br />l'image des compensateurs à prismes ou à réseaux utilisés pour<br />compenser la dispersion d'un milieu transparent, on montre que cette<br />dispersion résonante peut être compensée par l'utilisation d'un<br />façonneur d'impulsion haute résolution. Dans un second temps, nous<br />développons l'idée de contrôler par un champ fort, les propriétés<br />transitoires d'une autre impulsion faible et résonante qui se<br />propage simultanément dans le milieu. Le champ fort induit des<br />modifications transitoires dans le milieu, qui se répercutent et<br />modifient par rayonnement le champ de l'impulsion résonante qui se<br />propage. Dans un système à trois niveaux en échelle, des modulations<br />visibles sur le profil temporel, révèlent les déplacements lumineux<br />induits de manière non résonante sur les deux états excités. Leur<br />durée caractéristique est plus courte que celle de l'impulsion<br />initiale : il y a un enrichissement du spectre transmis. Ces<br />oscillations résultent du battement entre le champ incident et le<br />champ rayonné dont la fréquence varie sous l'effet des déplacements<br />lumineux. L'excitation "bichromatique" d'un système à deux niveaux,<br />présente deux configurations géométriques qui donnent accès à des<br />informations différentes. En plus des phénomènes précédents qui<br />apparaissent en configuration non colinéaire, les effets des<br />transitions non adiabatiques induites par le champ de contrôle se<br />manifestent également dans le cas colinéaire. Le champ faible est<br />alors une sonde particulièrement sensible à ces effets. Nous<br />étudions enfin une configuration où les deux impulsions, polarisées<br />orthogonalement, excitent de manière résonante un système à quatre<br />niveaux dégénérés deux à deux. Puisque le champ fort mélange les<br />états, les chemins d'émission et d'absorption du champ faible ont<br />des poids équivalents. Ces deux chemins interfèrent modulant ainsi<br />l'énergie de l'impulsion transmise. La combinaison des déplacements<br />lumineux et de ces interférences, permet de contrôler aussi bien le<br />gain que la forme temporelle de l'impulsion.