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Fiche détaillée Thèses
Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (25/01/1995), Biraben, François (Dir.)
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Laser continu à 205 nm : application à la mesure du déplacement de Lamb dans l'hydrogène
Sophie Bourzeix1

L'objet de cette thèse est la construction d'un dispositif expérimental, et en particulier d'un laser continu, accordable à 205nm, pour la mesure du déplacement de Lamb du niveau fondamental de l'atome d'hydrogène. le chapitre 1 du mémoire présente le déplacement de Lamb d'un point de vue historique, et l'intérêt que présente sa mesure, tant pour la métrologie que pour tester l'électrodynamique quantique. Le chapitre 2 est consacré à un résumé de la théorie de l'atome d'hydrogène. Le principe de l'expérience repose sur la comparaison de deux fréquences qui sont dans un rapport quatre : celles des transitions à deux photons 2S-6S ou 2S-6D et 1S-3S. Le chapitre 3 décrit le dispositif expérimental utilisé pour mesurer la transition 2S-6D, qui est excitée par un laser titane -saphir à 820nm. Le rayonnement à 205nm nécessaire à l'excitation de la transition 1S-3S est obtenu en doublant deux fois la fréquence du laser titane-saphir. Ces deux doublages successifs sont faits dans des cristaux non linéaires placés dans des cavités de surtension externes. Le chapitre 4 est entièrement consacré aux doublages de fréquence : après des rappels théoriques d'optique non linéaire, les deux cavités sont présentées en détail, ainsi que les résultats obtenus. Enfin, le chapitre 5 présente toute la recherche du signal sur la transition 1S-3S : la construction d'un jet d'atomes dans l'état fondamental et la mise au point du système de détection. Ce travail a permis d'obtenir une mesure préliminaire du déplacement de Lamb du niveau fondamental de l'atome d'hydrogène : L(1S) = 8172.850 (174) MHz dont le résultat est en très bon accord, aussi bien avec les mesures précédentes qu'avec les résultats théoriques les plus récents.
1 :  LKB (Jussieu) - Laboratoire Kastler Brossel
Laser continu dans l'ultra-violet – Doublage de fréquence – Spectroscopie de l'atome d'hydrogène – Déplacement de Lamb

The subject of this thesis is the construction of an experimental set-up, and in particular of a tunable continuous-wave laser at 205nm, for the measurement of the ground state Lamb shift in atomic hydrogen. Chapter 1 deals with the Lamb shift from a historical point of view, and with the interest of its measurement, for metrology and test of quantum electrodynamics. Chapter 2 is devoted to the theory of the hydrogen atom. The principle of the experiment is based on the comparison of two frequencies which are in a ratio four : those of the two-photon transitions of 2S-6S or 2S-6D and 1S-3S. Chapter 3 describes the experimental set-up used to measure the 2S-6D transition which is excited by a titanium-sapphire laser at 820nm. The 205nm light required to excite the 1S-3S transition is generated by two frequency-doublings of the titanium-sapphire laser, made in non-linear crystals placed in enhancement cavities. Chapter 4 is entirely devoted to the frequency-doubling. After a recall of non-linear optics, the enhancement cavities are described in detail, as well as the results we achieved. At last chapter 5 describes the research for a signal on the 1S-3S transition : the construction of a ground state atomic beam, and the development of the detection system. This work has led to a preliminary measurement of the ground state Lamb shift in atomic hydrogen : L(1S) = 8172.850 (174) MHz whose result is in very good agreement with both the previous measurements and the most recent theoretical results.
ultra-violet continuous-wave laser – second harmonic generation – spectroscopy of the hydrogen atom – Lamb shift