Este trabalho relata o desenvolvimento de todo o aparato experimental para a realização de aprisionamento de césio através de uma armadilha magneto-óptica. As fontes de luz neste processo foram os lasers de diodo e todo seu sistema para operação, estabilização e redução da largura de linha foi construído. As medidas das constantes de mola e amortecimento foram realizadas como função dos parâmetros característicos das armadilhas de césio e de sódio. Também realizamos outros experimentos com átomos aprisionados de sódio na presença de duas freqüências, linha D1 e D2. A primeira medida constitui na obtenção da taxa de colisões entre átomos aprisionados na linha D1 e depois foi realizado observações de uma nova estrutura operando neste regime. / This thesis describes the development of a complete experimental setup for trapping cesium by a magneto-optical trap (MOT). In this work we have employed diode lasers as light sources and built the entire system for their operation, stabilization and linewidth reduction. We have measured the MOT spring and damping constants as functions of the characteristic parameters of the cesium and sodium traps. We have also carried out two other experiments on trapped sodium atoms operating in the simultaneous presence of the D1 and D2 line frequencies. The first experiment has established the collision rate of trapped atoms in the D1 line MOT and the second has allowed us to observe a new structure operating in this two-frequency regime.

Neste trabalho apresentamos a produção de moléculas frias heteronucleares em uma armadilha magneto-óptica mista de 39K e 85Rb e detectadas no estado fundamental. A técnica de detecção consiste na fotoionização pulsada das moléculas que, após terem sido fotoassociadas, decaem através de emissão espontânea para estados ligados do potencial do estado molecular fundamental. A partir dos resultados da produção de moléculas frias KRb, estudamos-as com relação ao tipo de colisões que as originam, e à temperatura associada ao seu movimento translacional. Experimentos foram também realizados para comprovar que as moléculas detectadas são provenientes do estado fundamental. Finalmente, também estudamos neste trabalho, a taxa segundo a qual são formadas. Concomitantemente à produção de KRb, moléculas frias homonucleares 39K2 e 85Rb2 são também formadas, detectadas e caracterizadas. São apresentados também, os primeiros passos dados em direção à realização de espectroscopia fotoassociativa dos estados ligados das moléculas heteronucleares obtidas. / In this work, cold ground-state KRb molecules were produced by photoassociation in a two species magneto-optical trap (MOT) containing 39K and 85Rb. The KRb molecules are produced through photoassociation and detected in the ground state by multiphoton pulsed ionization. We have characterized their translational temperature and measured their formation rate constant. Homonuclear cold molecules 39K2 and 85Rb2 detected in their ground state were also formed in our trap and characterized as well. It is also reported our first efforts towards the realization of photoassociation spectroscopy of the heteronuclear molecules produced in our trap.

Cette thèse décrit le travail accompli au cours des trois dernières années sur la nouvelle expérience d’Hélium métastable de l'Institut d'Optique à Palaiseau.Le premier chapitre décrit une étude visant à améliorer à la fois l'efficacité et la précision du système de détection par galettes à micro-canaux (MCP). Nous avons fait des mesures avec des galettes recouvertes d'une couche d'or sur la face avant, obtenant un accroissement de l'efficacité de détection mais également une réduction de la précision. L'ajout d'une tension intermédiaires entre les deux galettes empilées a au contraire améliorer à la fois l'efficacité et la précision des MCP, en l’absence d’une couche d’or.Le deuxième chapitre est consacré à la construction de l'appareil expérimental pour le refroidissement et le piégeage d’atomes. L’excitation de l'état fondamental de l’Hélium à l'état métastable est décrite, ainsi que la collimation et le refroidissement ultérieur par Zeeman lent du faisceau atomique chaud résultant. Le faisceau ralenti est alors capturé dans un piège magnéto-optique (PMO), dans lequel nous avons capturé 8x108 atomes.Dans le troisième chapitre une étude originale du refroidissement Doppler tridimensionnel dans un PMO et une mélasse désaccordée vers le rouge de la transition atomique est discutée. L’atome d’Hélium métastable est unique et ses propriétés ont permis une telle étude. En effet, les faibles densités atomiques impliquent qu’il n'y a pas de diffusion multiple de photons d’une part, et la faible masse et la faible largeur de la transition 23S1 -> 23P2 rend inefficace les processus de refroidissement sous la limite Doppler. Ces conditions nous ont permis d’observer pour la première fois à trois dimensions un gaz refroidit dans le régime Doppler.Le quatrième chapitre présente une étude sur les collisions dans un piège magnéto-optique d’Hélium métastable. Les collisions Penning induites par la lumière, en particulier à des intensités élevées et à des fréquences proches de la fréquence de transition, sont responsables de pertes élevées d’atomes piégés. Nous mesurons le coefficient de taux associé à ces pertes, Ksp = 2,8 ± 0,4 x 10-7cm3/ s. / This thesis describes the work done over the past three and a half years on the new metastable helium experiment at the Institut d'Optique in Palaiseau. In the first chapter it describes a study to improve both the efficiency and the accuracy of the Microchannel Plate (MCP) detection system. We have experimented with adding a gold layer on the top of the input plate, something that we have found increases the efficiency but also decreases the accuracy. The addition of a voltage between the two stacked plates has been shown to both raise the efficiency and improve the accuracy in non-coated MCPs.The second chapter is devoted to the construction of the experimental apparatus. Here the excitation of ground state helium to its metastable state is described, as well as the subsequent collimation and cooling by Zeeman slower of the resulting hot atomic beam. The slowed beam is then captured in a Magneto-Optical Trap, in which we have captured 8x108 atoms.In the third chapter an original study on three-dimensional Doppler cooling in a red-detuned molasses and in the Magneto-Optical trap is presented. The metastable helium system is unique as there is no multiple scattering of photons and there are no sub-Doppler effects. This allows for a never before seen experimental realisation of pure Doppler cooling theory. The fourth chapter describes a study on collisions in a magneto-optical trap of metastable helium. Light-induced Penning collisions are responsible for high trap losses at high intensities and at frequencies close to the transition frequency. We measure the constant rate coefficient to Ksp = 2.8 ± 0.4 x 10-7cm3/s.

In this work we study ultrafast laser-induced magnetization dynamics in samples of ferromagnetic semiconductor Ga1−xMnxAs with a nominal concentration of Mn within the range of x = 0,015-0,14. To get information about magnetization movement we use magneto-optic phenomena PKE and MLD in a time-resolved pump & probe experiment. Thorough analysis of the measured magneto-optical signal allows us to disentangle contributions due to angular movement of magnetization and due to demagnetization and to reconstruct 3D motion of magnetization vector without any numerical modeling. First we explain the basis of this experimental method and we demonstrate its utilization on the measured data. After that we study angular movement of magnetization vector and its dependence on the external magnetic field, excitation intensity and Mn concentration. The pump pulse helicity dependent and independent dynamics were treated separately. In the case of demagnetization we have been able to observe not only its intensity and Mn doping dependence but also the magnetic field dependence, which has not been reported so far in the literature.

Usando a técnica de resfriamento evaporativo para átomos comprimidos numa armadilha magnética tipo QUIC, implementamos experimentos para observar Condensação de Bose-Einstein de átomos de sódio. Nessa armadilha magnética temos átomos advindos de uma armadilha magneto-óptica, a qual é carregada por um feixe desacelerado como etapa de pré-resfriamento. Nossas medidas foram baseadas em imagens de absorção fora de ressonância de um feixe de prova pela amostra atômica. Essas imagens foram feitas in situ, ou seja, na presença do campo da armadilha magnética, pelo fato do número de átomos ser baixo e a técnica de tempo de vôo não ser adequada a essa situação. Baseado no perfil de densidade e na temperatura medidos, calculamos a densidade de pico no espaço de fase D, a qual é seguida nas várias etapas de evaporação. Nossos resultados mostram que para uma freqüência final de evaporação de 1,65 MHz nós superamos o valor esperado para D (2,612) alcançar o ponto crítico, no centro da amostra, para obter a condensação. Devido ao baixo número de átomos restantes no potencial, a interação não produz efeitos consideráveis e dessa forma um modelo de gás ideal permite justificar essa observação. / Using a system composed of a QUIC trap loaded from a slowed atomic beam, we have performed experiments to observe the Bose-Einstein Condensation of Na atoms. In order to obtain the atomic distribution in the trap, we use an in situ out of resonance absorption image of a probe beam to determine the temperature and the density, which are use to calculate the phase space D. We have followed D as a function of the final evaporation frequency. The results show that at 1.65 MHz we crossed the critical value for D which corresponds to the point to start Bose-Condensation of the sample. Due to the low number of atoms remaining in the trap at the critical point, the interaction produce minor effects and therefore an ideal gas model explains well the observations.

Les dispositifs magnéto-optiques (MO) sont les éléments de base des isolateurs optiques, éléments essentiels pour les lasers et LIDAR. Ils sont également utilisés pour l'imagerie, le stockage ou les capteurs. Une structuration périodique du matériau magnétique est un moyen pour en améliorer les performances, et ainsi réduire la taille des composants intégrés ou améliorés la sensibilité des capteurs associés. Cependant, la mise en œuvre des matériaux magnéto-optiques habituels au sein des platefo1mes d'optique intégrée est rendue difficile par la forte température de cristallisation (- 7000C) qu'ils requièrent. En utilisant un processus sol-gel basse température, une matrice de silice peut être dopée par des nanoparticules magnétiques (C0Fe204) pour produire un matériau qui présente une excellente compatibilité avec les substrats photoniques. Dans ce travail, ce matériau composite a été utilisé pour imprégner un réseau grâce à un dépôt en une seule étape à une température inférieure à 100 °C. Il s'agit d'un réseau lD ShN4 sur verre. Des simulations numériques, basées sur les méthodes RCW A, et réalisées à 1,55 µm ont permis de déterminer les paramètres adéquats pour obtenir un réseau résonnant, simultanément pour les polarisations TE et TM, à incidence normale. Les simulations MO ont démontré que ce type de structure permet d'obtenir l'exaltation de tous les effets magnéto-optiques classiques (Kerr et Faraday). Le facteur de mérite théorique obtenu est comparable voir supérieur à ceux rapportés dans la littérature qui utilisent des matériaux MO classiques. Ces améliorations ont été confirmées par des réalisations et caractérisations expérimentales. Par exemple, une augmentation de la rotation de Faraday d'un facteur 3,5 a été obtenue par rapport à un film mince de référence. Le facteur de mérite correspondant était comparable voir supérieur à ceux présentés dans la littérature prouvant la grande efficacité de notre structure. Les résultats de ce travail sont la première démonstration d'une augmentation de tous les effets MO avec un seul dispositif / Magneto-optical (MO) devices are the basic elements of optical isolators essential for lasers an1 LIDAR, and are also employed for aircraft imaging, data storage or sensing. A periodic structuration of the core magnetic material is a way to enhance its MO behavior, and is thus useful to reduce the footprint of integrated devices or to improve the sensitivity of related sensors. However, the processing of efficient magnetic materials on photonic platforms is still challenging, because classical MO materials require an annealing temperature as high as 700°C. Using a sol-gel process, a silica matrix can be doped by magnetic nanoparticles (C0Fe204) to produce a MO material which possess a full compatibility with photonic substrates. In this work, this composite material was incorporated into an already structured template through a single step deposition at low temperature. The template was a 1-D SiJN4 grating on glass. Numerical simulations, based on RCW A methods, have been carried out to identify the suitable values of the grating period and the line-space ratio which produce a guided-mode resonance at 1.55 µm simultaneously for TE and TM polarizations, at normal incidence. MO simulations demonstrated that an enhancement of magneto-optical effects is obtained in transmission or reflection for every orientation of the applied magnetic field (Kerr or Faraday effects). The theoretical figure of merit for these structures were comparable or higher than those reported in literature which use classical MO materials. These enhancements were confirmed by experimental realizations and measurements. For instance, a Faraday rotation enhancement of 3.5 times was demonstrated compared to the reference thin-film. The c01Tesponding figure of merit was comparable or higher than those reported in literature proving the high efficiency of our structure. The results of this work are the 1st demonstration of an enhancement of every MO effect with a single device

Magneto-optical materials such as permalloy can be used to create artificial spin- ice (ASI) lattices with antiferromagnetic ordering. Magneto-optical materials used to create diffraction lattices are known to exhibit magnetic scattering at the half- order Bragg peak while in the ground state. The significant drawbacks of studying the magneto-optical generation of OAM using x-rays are cost, time, and access to proper equipment. In this work, it is shown that the possibility of studying OAM and magneto-optical materials in the spectrum of visible light at or around 2 eV is viable. Using spectroscopic ellipsometry it is possible to detect a change in the magnetization of thin permalloy films with thicknesses between 5 and 20 nm. Patterns consistent with OAM were found at 1.95 eV using a square lattice with a 4𝜋 radial phase shift in the antiferromagnetic ground state. Evidence of magnetic scattering at the half-order Bragg peak using 1.95 eV was also found.

Dans cette thèse, nous présentons une recherche expérimentale détaillée des lois caract érisant la taille et la densité atomique de grands pièges magnéto-optiques contenant typiquement 10^10 atomes. Il est bien connu que les interactions induites par laser, produites par la diffusion multiple, y constituent la limitation principale à l'obtention de densités atomiques élevées. Pour contourner cette limite, nous avons réalisé un piège magnéto-optique 'noir' combiné un piège dipolaire. Les forces de répulsion assistées par la lumière ont ainsi pu être considérablement réduites et une augmentation de près de deux ordres des grandeur sur le densité (jusqu'à 10^12 atm/cm^3) a été corrélativement observée. Nous avons proposé également un modèle qualitatif pour rendre compte de la densité atomique (et également pour la taille) o`u nous avons introduit les interactions mécaniques induites par les photons du laser repompeur quand son épaisseur optique devient importante. Ce travail fait partie d'un projet de recherche qui vise à terme à observer la localisation d'Anderson de la lumière dans des nuages d'atomes froids, mais pour laquelle des densités de l'ordre (10^13-10^14 atm/cm^3) sont requises. Pour des densités inférieures, des mécanismes de gain peuvent toutefois être mis à profit pour amplifier des modes pre-localisés. Nous avons, ainsi, mis en place une technique pompe-sonde pour la création d'un gain dans l'échantillon atomique. La configuration des pompes a autorisé l'observation du signal de mélange a quatre ondes. Une analyse détaillée de ses propriétés et de ses caractéristiques a été présentée. En particulier, une asymétrie rouge-bleu dans le spectre, pour des intensités élevées des faisceaux pompes, a été mise en évidence. Cette asymétrie a pu tre expliquée en tenant compte du regroupement des atomes dans les noeuds ou dans les ventres de l'onde stationnaire des faisceaux de pompe.

In der vorliegenden Arbeit wird die erstmalige Erzeugung eines<br />Bose-Einstein-Kondensates in einer Mikrochip-Falle beschrieben; dies ist eine Magnetfalle für Neutralatome, die mithilfe stromführender Leiterbahnen auf einem Chipsubstrat gebildet wird. Die Eigenschaften dieser Chipfallen, speziell die hohen<br />Magnetfeldgradienten und -krümmungen, haben es ermöglicht, die<br />Bose-Einstein-Kondensation in weniger als einer Sekunde Verdampfungskühlzeit zu erreichen, was rund eine Größenordnung schneller als in bisher verwendeten Magnetfallen ist<br />und ein Faktor drei schneller als auf dem bisher schnellsten Weg in einer optischen Dipolfalle. Damit verbunden sind die Ansprüche<br />an den experimentellen Aufbau, insbesondere das Vakuumsystem und<br />den Laseraufbau, deutlich gesunken.<br /><br />Weiterhin wird der zerstörungsfreie Transport des Bose-Einstein-Kondensats entlang der Chipoberfläche über makroskopische Distanzen demonstriert wie auch erstmalig die Aufspaltung eines Kondensates in zwei getrennte Kondensate mit rein magnetischen Mitteln.<br /><br />Diese Resultate, nämlich kohärente Materie in einem integrierten<br />atomoptischen System manipulieren zu können, lassen hoffen, daß in<br />naher Zukunft Anwendungen wie Atominterferometrie, Untersuchungen<br />zu niederdimensionalen Quantengasen und<br />Quanteninformationsverarbeitung 'on-chip' verwirklicht werden<br />können.

In this thesis the magnetic properties of novel amorphous magnetic materials grown on a flexible substrate of polyethylene naphthalate and a silicon wafer have been analyzed and characterized. The analyzed films are two films of amorphous Cobalt-Iron-Zirconium(Co36Fe53Zr11 &amp; Co37Fe55Zr8) grown on the flexible substrate and two films of amorphous (Fe89Zr11) doped with boron (B). The B is implanted in a lattice of rings with inner diameter of 10 μm and outer diameter of 20 μm and with the distance between the center of the rings of either 50 μm or 25 μm. The composition in the doped region is Fe80Zr10B10. Various magneto-optical Kerr effect(MOKE) magnetometers are used to measure hysteresis loops of the samples and a superconducting quantum interference device (SQUID) is used to find the volume magnetization of the flexible samples. To measure the anisotropy in the flexible films a series of sample holders has been developed to measure various amount of stress using the same sample in magneto-optical magnetometers. The stress induced uniaxial anisotropy is found by measuring hysteresis loops of the flexible samples while bending them with different curvatures. The induced anisotropy is related to the magnetostriction and the magnetostriction constants is estimated for the two flexible samples by assuming values for Young’s modulus and Poisson’s ratio. The estimated values for the magnetostriction constant are found to vary with the amount of Zr and to be in the correct order of magnitude for magnetic films. The implanted B rings with the short distance of 25 μm between the center showed to have some interaction between the rings. This conclusion is drawn after analyzing first order reversal curves of the samples and looking at the domains under a MOKE-microscope. At very low temperatures the (unimplanted) FeZr matrix is ferromagnetic and seem to have an anti-ferromagnetic coupling with the B rings. At room temperature the rings are still ferromagnetic and they couple to each other.