UFR de Physique

Présentation des enseignements

PF 11 : Interaction Lumière-Matière : Applications à l’Optique Atmosphérique et à l’Optique Quantique (UE spécialité S2 PF)

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Modules

    UE non présente en Module M1
    UE présente en Module M2

Volume horaire

  • Cours : 0
  • Cours/TD : 50
  • TD : 0
  • TD/TP : 0
  • Stage : 0
  • Projet : 0
  • ATE : 0
  • TP : 0

Contenu du module

A) Introduction à l'optique atmosphérique et au transfert radiatif (25h)

Cette partie borde les interactions lumière-matière dans les milieux dilué (application à l’atmosphère supposée Gaz Parfait) en ce limitant à un domaine spectral qui couvre de l’UV à l’infrarouge thermique (application au domaine solaire et au domaine tellurique). On aborde les trois processus d’interaction lumière-matière (absorption, diffusion, émission) au niveau microscopique (dipôle oscillant) et macroscopique (résolution de l’équation de transfert du rayonnement).

Le but de ce cours est de fournir les bases et fondamentaux nécessaires pour aborder des problèmes d’interactions lumière-matière dans l’atmosphère terrestre. Les connaissances acquises doivent permettre de résoudre des questions simples liées soit au bilan d’énergie de la planète Terre soit à l’observation spatiale (télédétection). Le contenu du cours est adapté aux connaissances en électromagnétisme et en propagation d’onde acquises en licence de Physique.

Grandeurs radiatives * Grandeurs radiatives (luminance, densité de flux, etc...) * Equation de transfert du rayonnement * Rayonnement solaire et rayonnement tellurique Théorie classique du rayonnement d'un atome * Le rayonnement d'une charge e mouvement * Rayonnement d'un atome isolé (dipôle oscillant, durée de vie de l'émission, etc...) Absorption moléculaire * Formes de raies * Transmission moyenne sur un intervalle spectral Emission thermique * Loi de Kirchhoff * Loi de Planck * Equilibre Thermodynamique Local * Relation entre intensité de raie et coefficient Diffusion * Rayonnement diffusé par un ensemble de diffuseurs * Equation de transfert en milieu diffusant * Diffusion moléculaire (Rayleigh) * Calcul des luminances dans le domaine solaire

B) Introduction à l'optique quantique (25h)

Cette deuxième partie du cours porte sur une description de l’interaction lumière-matière dans le cadre de la physique quantique. Elle est développée en deux chapitres. - Une première approche consiste à rajouter dans le hamiltonien atomique des contributions décrivant l'interaction avec un champ électromagnétique classique considéré comme une grandeur « extérieure ». L'interaction lumière matière est alors traitée de façon semi-classique: l'atome est traité quantiquement et le champ e-m classiquement (à émission stimulée et induite, lasers… ). - On est maintenant capable de construire des sources de “photons” qui révèlent la nature profondément quantique du champ e-m. Le champ électromagnétique est alors quantifié. Quelques exemples d'interaction des modes quantifiés du champ e-m avec la matière seront abordés (notamment l'émission spontanée).

Approche semi-classique de l'interaction lumière-matière

               *atome à deux niveaux en interaction avec le champ-électromagnétique:
               * Equations de Bloch-Maxwell

Quantification du champ électromagnétique * Rappels: description quantique de l'oscillateur harmonique * Quantification du champ électromagnétique

               * Champ électromagnétique quatifié

                  *Etats du champ électromagnétique.

Formalisme de l'atome habillé * Modélisation de l'interaction atome et champs quantifiés * Oscillations de Rabi, justification du modèle de Bloch

Responsable

Frédéric Parol
LOA
Adresse Mel : Frederic.Parol@univ-lille1.fr
Téléphone : 03 20 43 43 11

Documents

Les enseignants peuvent mettre des cours et documents à disposition de leurs étudiants.

Ceux-ci sont centralisés sur la plateforme pédagogique Moodle de l'Université.

Plateforme pédagogique Moodle