Etude des collisions entre atomes alcalins et de gaz rare pour le développement d'un laser à Rubidium // Study of alkali-metal and rare gas atomic collisions for Rubidium laser development

Cette étude théorique vise à déterminer l'ensemble des paramètres nécessaires à la conception d'un prototype de laser à alcalin de forte puissance (de l'ordre du kilowatt) et à haut rendement, fonctionnant en mode continu ou à impulsions longues.
Parmi les paramètres clés régissant le rendement opérationnel d'un laser à alcalin pompé par diode (DPAL), on trouve, d'une part, la largeur spectrale de l'absorption entre le niveau 5s et les niveaux 5p du rubidium (Rb) dans le mélange de gaz rare choisi, et, d'autre part, le taux de transition entre les états de structure fine 2P₁/₂ et 2P₃/₂ du niveau 5p du Rb.
Une évaluation rigoureuse de la largeur spectrale et du taux de transition nécessite des courbes précises d'énergie potentielle pour les paires Rb-gaz noble étudiées. Tel est l'objectif principal de ce projet, qui se concentrera sur l'interaction entre le rubidium et des gaz rares lourds et fortement polarisables, comme le xénon, une combinaison prometteuse pour réaliser un tel système laser.
La méthodologie s'appuiera sur des approches semi-empiriques puissantes de la chimie quantique, intégrant des potentiels de cœur effectifs et des potentiels de polarisation de cœur, ainsi que sur des codes de diffusion quantique et des modèles d'évolution thermodynamique du mélange gazeux.
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This theoretical study aims to determine all the parameters required to design a high-power (kilowatt-class) and high-efficiency alkali laser prototype, operating in continuous or long-pulse mode. Among the key parameters governing the operational efficiency of a diode-pumped alkali laser (DPAL) are, first, the spectral width of the absorption from the 5s level to the 5p levels of Rb in the chosen noble gas mixture, and, second, the transition rate between the fine-structure states 2P₁/₂ and 2P₃/₂ of the 5p level of Rb. A rigorous evaluation of the spectral width and transition rate requires precise potential energy curves for the Rb-noble gas pairs under consideration. This is the main objective of the proposed project, which will focus on the interaction between Rubidium and heavy and highly-polarisable rare gas like Xenon, a promising combination to achieve such a laser system. The methodology will rely on powerful semi-empirical approaches of quantum chemistry involving effective core potentials and core polarization potentials, quantum scattering codes and model for the thermodynamical evolution of the gas mixture.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Contrats ED : Programme blanc GS-Physique

Université Paris-Saclay GS Physique

572 Ondes et Matière

Connaissances avancées en physique atomique et moléculaire. Bases de chimie quantique. Connaissance de la programmation en FORTRAN et C.
Advanced knowledge of atomic and molecular physics. Fundamentals of quantum chemistry. Knowledge of FORTRAN programming