Radiofrequency electric field detection using Rydberg atoms in a vapor cell

Ce travail de thèse porte sur la réalisation et la caractérisation d'un capteur RF basé sur des atomes de Rydberg utilisant la transparence induite électromagnétiquement (EIT) dans un système en échelle. Parmi les avantages d'un tel système, on peut citer le fait que le capteur devrait être autocalibré, que sa taille ne dépend pas de la longueur d'onde à détecter et qu'il perturbe peu le champ RF, tout en conservant une sensibilité très compétitive. Cependant, les états atomiques sont discrets, ce qui pose des problèmes de bande passante de détection. Pour pallier cet inconvénient, je propose un protocole de transfert de modulation, qui augmente la sensibilité aux champs RF désaccordés par rapport à la résonance de la transition de Rydberg. Le capteur RF est mis en œuvre en utilisant des atomes de Rubidium 85 en cellule, un faisceau sonde faible à 780 nm et un faisceau de couplage intense à 480 nm. Lorsque les deux faisceaux emplissent la condition de résonance à deux photons, le pic EIT apparaît dans le spectre de transmission de la sonde. Les champs RF en résonance avec une transition de Rydberg créent une paire d'états habillés de sorte que le pic EIT se divise en un doublet Autler-Townes (AT). L'amplitude du champ RF peut donc être déduite du dédoublement AT et des constantes fondamentales. Pour les champs RF désaccordés par rapport à la fréquence atomique, le doublet devient asymétrique et la sensibilité diminue très rapidement avec le protocole habituel. Je démontre dans cette thèse qu'une modulation de phase du faisceau de couplage induit une modulation d'amplitude de la sonde, ce qui permet d'améliorer la largeur de bande de détection autour de la fréquence atomique. Les résultats expérimentaux sont comparés aux simulations obtenues à partir d'un modèle semi-classique d'interaction atome-lumière et d'un développement de Floquet.