RYDBERG ATOMS AND RADIATION IN A RESONANT CAVITY II. EXPERIMENTS

Résumé
Nous présentons différentes expériences mettant en jeu des atomes de Rydberg en interaction avec une micro-onde résonnante à l'intérieur d'une cavité, permettant de vérifier différents aspects de la théorie présentée dans l'exposé précédent. Nous décrivons d'abord des expériences d'émission superradiante des états de Rydberg dans la cavité (effet maser transitoire à atomes de Rydberg). L'évolution du système est détectée soit sur les populations par la technique d'ionisation sélective par champ, soit sur le champ micro-onde par détection hétérodyne. Des seuils très bas de l'émission maser, jusqu'à 100 atomes, ont été observés. Nous décrivons ensuite quelques aspects de l'absorption collective de rayonnement par les atomes très excités, en particulier l'observation de la nutation de Rabi sous l'effet d'un faible champ extérieur, l'étude du rendement quantique de notre système considéré comme un compteur de photons millimétriques et enfin la mise en évidence d'aspects inattendus dans l'absorption de rayonnement du corps noir dans la cavité.

Abstract
We present various experiments involving Rydberg atoms interacting with resonant microwave electromagnetic fields inside a cavity, allowing to check different features of the theory presented in the previous paper. We first describe experiments about superradiant emission by Rydberg states in the cavity, also called transient Rydberg atoms maser ; the evolution of the system is detected either on the populations by selective field ionization technique or on the microwave field itself by heterodyne detection. Very low thresholds, down to 100 atoms, for the maser emission have been observed. We then describe various aspects of collective absorption of radiation by very excited atoms including the observation of Rabi nutation in a small applied resonant field, the study of the quantum efficiency of this set-up considered as a microwave photon counter, and finally the unexpected characteristics of the blackbody radiation absorption in the cavity.