Reflection and diffraction of slow atoms by an evanescent wave mirror
Réflexion et diffraction d'atomes lents par un miroir à onde évanescente
Résumé
An evanescent light wave may realize an atomic mirror provided the atoms are incident with a sufficiently small kinetic energy. In the low-saturation regime, the atoms are coherently reflected by a repulsive potential barrier, (\em viz.\ )the dipole potential. We characterize the reflection quantum-mechanically, using an exact solution of the (\sc Schrödinger) equation. The theory of atomic diffraction by a stationary evanescent wave is developed. Introducing the thin phase grating approximation which is valid in the semiclassical regime, we show that normally incident atoms are efficiently diffracted even for a weakly modulated light intensity. At grazing incidence, atomic diffraction may be interpreted in terms of (\sc Raman) transitions between magnetic sublevels with different light shifts. The atomic reflection is diffuse rather than specular if the dielectric above which the evanescent wave propagates has a surface roughness larger than the atomic wavelength. The momentum distribution of the scattered atoms gives access to the roughness power spectrum at a length scale around the optical wavelength.
Une onde évanescente lumineuse permet de réaliser un miroir à atomes, à condition que ceux-ci soient incidents avec une énergie cinétique suffisamment faible. Dans le régime de faible saturation, les atomes sont réfléchis de façon cohérente par un potentiel répulsif, le potentiel dipolaire. Nous caractérisons la réflexion d'un point de vue quantique, moyennant une solution analytique de l'équation de (\sc Schrödinger). La théorie de la diffraction d'atomes par une onde évanescente stationnaire est développée. Nous introduisons l'approximation du réseau de phase mince, valable dans le régime semi-classique, qui montre qu'en incidence normale la diffraction est efficace pour une faible modulation spatiale de l'intensité lumineuse. Pour interpréter la diffraction d'atomes en incidence rasante, il faut prendre en compte des transitions (\sc Raman) stimulées entre les sous-niveaux magnétiques. La réflexion atomique devient diffuse lorsque la rugosité de la surface du diélectrique, au-dessus de laquelle se propage l'onde évanescente, dépasse la longueur d'onde atomique incidente. La distribution angulaire des atomes diffusés donne accès à la densité spectrale de rugosité pour des échelles spatiales autour de la longueur d'onde lumineuse.
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