Les travaux de cette thèse ont portés sur l'étude de l’interaction collective entre des réseaux d'anneaux atomiques réguliers et le champ électromagnétique d’une nanofibre optique. La problématique principale était de déterminer comment la symétrie de rotation discrète de la géométrie atomique, combinée à la structure modale et à la propagation à longue portée du champ de la nanofibre, pouvaient être utilisée pour contrôler à la fois l’émission spontanée et la diffusion des photons guidés.
Pour un seul anneau, cette symétrie produit un couplage sélectif avec les modes de la fibre : différents modes guidés de la fibre sont couplés à différents modes propres de l’anneau atomique et peuvent par conséquent présenter des spectres de réflexion et de transmission très différents à une même fréquence optique. Pour deux anneaux identiques, une parité d’échange supplémentaire, ainsi que la phase de propagation accumulée entre les anneaux, contrôlent le couplage relatif des modes collectifs aux champs incidents et sortants. Enfin, des empilements finis d’anneaux ajoutent à la règle de sélection précedente l’interférence longitudinale et l’accumulation cohérente de type Bragg. Ils peuvent se comporter comme des miroirs atomiques sélectifs en type de mode fibré et, lorsque deux modes guidés sont attribués aux ports de réflexion et de transmission, l'empilement peut se comporter comme un prototype de routeur de photons à deux modes. |
This thesis investigates the collective interaction between regular circular atomic arrays and the electromagnetic field of an optical nanofiber. The central question is how the discrete rotational symmetry of the atomic geometry, combined with the modal structure and long-range propagation of the nanofiber field, can be used to control both spontaneous emission and scattering of guided photons. For a single atomic ring, this symmetry produces mode-selective scattering: different fiber guided modes couple to different eigenmodes of the atomic ring and can consequently experience very distinct reflection and transmission spectra at the same optical frequency. For two rings, an additional exchange parity and the propagation phase accumulated between the rings control the relative coupling of the collective modes of the incident and outgoing fields. Finally, finite stacks of rings combine the previously mentioned selection rule with longitudinal interference and Bragg-type coherent build-up. They can behave as mode-selective atomic mirrors, and when two guided modes are assigned to the reflected and transmitted ports, as prototypes of two-mode photon routers. |