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Atomes - Lasers

Sigle: S2833, ECTS: 3

Objectifs du cours

Le but de ce cours est de consolider et étendre les connaissances en mécanique quantique en abordant ses applications théoriques et techniques. La première partie du cours aborde la compréhension détaillée de la structure de l’atome. La seconde partie expose le fonctionnement et les principales applications du laser, exemple emblématique de l’interaction lumière-matière. Ce cours est l’occasion pour un futur ingénieur d’acquérir une compréhension des nombreuses applications techniques de la physique quantique et des lasers, qui sont omniprésentes dans le monde de l’industrie et de la recherche : RMN (ou IRM), imagerie médicale et industrielle, spectroscopie laser, systèmes de navigations inertiels, usinage laser, horloge atomique… L’esprit du cours est d’introduire les principes physiques pour comprendre les applications.
Prolongements
Ce cours est orienté vers les options en sciences de la matière. Ce cours intéressera les étudiants souhaitant étendre leurs connaissances en mécanique quantique, en physique atomique et en physique de lasers, dans le but de comprendre certaines technologies qu’un ingénieur ou un chercheur est amené à rencontrer dans son travail. Il facilite également la compréhension des cours de physique du solide (4ème semestre), de physique nucléaire (5ème semestre) et plus généralement de l’ensemble des cours de physique du cursus.

Pré-requis

Cours de mécanique quantique du tronc commun.

Programme

Physique atomique
1) Rappels de mécanique quantique : spectroscopie, moment cinétique.
2) Atome d'hydrogène non relativiste : équation de Schrödinger, dégénérescence des niveaux.
3) Atome d'hydrogène relativiste : perturbations stationnaires, interaction spin-orbite.
4) Addition de moments cinétiques : effet Zeeman, effet Lamb, structure hyperfine.
5) Atomes à deux électrons : particules identiques, atome d'hélium.
6) Atomes à plusieurs électrons : configurations électroniques, classification des éléments
7) Résonance magnétique : RMN.

Lasers
1) Introduction : historique et applications du laser.
2) Equations cinétiques du laser. 3) Interaction lumière-matière - Oscillations de Rabi.
4) Théorie des perturbations dépendant du temps – règle d’or de Fermi.
5) Equations du laser – solutions stationnaires.
6) Cavités laser.
7) Régime dynamique – Lasers impulsionnels.

Modalités d'évaluation

L’évaluation s’appuie sur un examen oral et sur un exposé (voir modalités pédagogiques).

Modalités pédagogiques

Cet enseignement est constitué de séances de cours et d'exercices.
La visite d’un laboratoire est organisée (en 2013 : horloge atomique et gyroscope à atomes froids de l’observatoire de Paris).
Des exposés sont préparés par les élèves parmi de nombreux sujets proposés.

Equipe pédagogique

Responsable(s)
Pascal DEBUThomas PLISSON

Chargé(s) d'enseignement

Sigle S2833
Année 2ème année
Niveau Graduate 1st year
Crédits ECTS 3
Coefficient 3
Nb. d'heures 37
Nb. de séances 30
Type de cours Enseignement spécialisé
Semestre 3
Période Automne
Domaines
  • Physique
Dernière mise à jour:
07 Sep 2016 06:41 par Franck