Alignement initial

Pour parvenir à la précision nécessaire pour avoir le contraste optimal, nous réa-lisons des interféromètres moins sensibles au désalignement des deux miroirs que l’in-terféromètre final grâce à leur temps d’interrogation plus faible. Nous optimisons le contraste de cet interféromètre par l’alignement des miroirs. Les précisions données sont celles des alignements qui correspondent à un défaut de recombinaison de L_coh. En pratique nous estimons que nous pouvons réduire l’erreur d’alignement d’un cin-quième de celle correspondant à une perte de contraste de 50%.

Premier ajustement de la rampe de fréquence Pour respecter la condition de résonance (équation 2.3) à chaque impulsion, nous devons appliquer une rampe de fréquence à la fréquence Raman. Cette rampe est linéaire en rison de l’accélération de pesanteur. Pour ajuster une première fois la rampe de fréquence, nous mesurons un spectre Raman à la montée et à la descente au niveau d’un des miroirs Raman et nous prenons la fréquence du pic Doppler pour la même direction de ~keff pour les deux. La valeur de la rampe de fréquence à appliquer aux lasers Raman est :

α = ^{fmontée− fdescente}

4.1. Alignement des miroirs de rétroréflexion Raman 75

fmontée−f_descenteest mesuré avec une précision d’environ 1 kHz et T_montée−T_descenteest de l’ordre de 1 s donc la rampe est ajustée avec une précision de l’ordre de 1 kHz.s⁻¹, ce qui correspond à une précision sur l’inclinaison verticale des faisceaux Raman de 43 µrad.

Interféromètre de Ramsey Bordé Nous utilisons des interféromètres de Ramsey Bordé [Bordé89] pour aligner les faisceaux Raman en utilisant la méthode présentée dans [Tackmann12].

L’interféromètre de Ramsey Bordé est un interféromètre constitué de quatre sépa-ratrices π/2 espacées de dT - T - dT, dont le schéma est donné en figure 4.5. Nous effectuons les deux premières impulsions au niveau du miroir du bas, et les deux autres au niveau du miroir du haut. Le schéma de cet interféromètre est donné en figure 4.5. Pour un désalignement δθ entre les deux faisceaux, la séparation spatiale des deux parties du paquet d’onde est donnée par :

δ~r = 4vrecdT sin(δθ)~e_θ+ 4v_recdT (1 − cos(δθ))~er (4.4)

et au premier ordre en δθ : ||δ~r|| = 4v_recdT δθ (4.5) Il faut donc : δθ < ^Lcoh 4v_recdT ^(4.6) x t dT _{T dT} 2v_recdT

Figure 4.5: Interféromètre de Ramsey Bordé

76 _{Chapitre 4. Interféromètre de grande aire}

à l’alignement arbitrairement petite en pratique, car cette dépendance dépend de la séparation temporelle entre deux impulsions Raman durant un passage du nuage ato-mique au niveau d’un hublot Raman. Cela permet d’obtenir relativement facilement un premier signal à optimiser, puis d’augmenter progressivement l’aire. En utilisant les miroirs H1 et H4, en raison de la vitesse de lancement pour que les atomes at-teignent H4, dT ≤ 5 ms. Ainsi, nous pouvons aligner avec les précisions suivantes :

δθ_{dT =1 ms}= 3,6 mrad et δθ_{dT =5 ms}= 0,7 mrad.

Alignement vertical du faisceau Raman par mesure de la projection de ~g

Pour aligner la direction verticale du faisceau Raman, nous mesurons la projection de

~g sur celui-ci grâce à un interféromètre à 3 impulsions. Nous utilisons une méthode

utilisée dans les gravimètres atomiques, où nous ajustons une rampe de fréquence ap-pliquée aux lasers Raman qui compense l’effet de l’accélération. En effet, le déphasage dû à ~g et à la rampe α est donné par :

Φ(T ) = (~k_eff.~g − α)T² = (−k_effg sin θ_z+ 2πα)T² (4.7)

Pour aligner deux miroirs, nous devons donc trouver la rampe de fréquence α pour le miroir qui reste fixe, et ajuster l’inclinaison θ_z de l’autre miroir pour que cette rampe compense la projection de ~g. La méthode est similaire pour les deux parties de

l’optimisation : nous comparons la phase de 2 interféromètres de temps d’interrogation 2T différents. La différence de phase est alors :

Φ(T₂) − Φ(T₁) = (~keff.~g − 2πα)(T₂²− T₁²) (4.8)

et nous devons donc faire en sorte que Φ(T₂) − Φ(T₁) = 0 en ajustant α ou θ_z. Pour être sûr de faire fonctionner l’interféromètre sur sa frange centrale, nous commençons avec des valeurs (T₁, T₂) telles que nous soyons sûrs que T₂²− T2

1 < π/(−k_effg sin θ_z+ 2πα). Par exemple, en ayant ajusté la rampe avec une précision de 2 kHz.s⁻¹, il faut q

T2 2 − T2

1 < 1,6 ms. Pour chaque valeur de (T₁, T₂), nous pouvons aisément mesurer Φ(T₂) − Φ(T₁) avec une précision de 30 mrad et donc −k_effg sin θz + 2πα avec une précision de 30 mrad/(T₂² − T2

1). Nous augmentons ensuite T₂² − T2

1 tout en nous assurant de travailler à la frange centrale, jusqu’à atteindre le temps d’interrogation maximal 2T = 50 ms. Ainsi, nous pouvons ajuster −k_effg sin θz+2πα avec une précision de 48 rad.s⁻², ce qui équivaut à θ_z= 0,3 µrad.

4.1. Alignement des miroirs de rétroréflexion Raman 77

en fréquence de 48 bits et dont la fréquence est doublée avant d’être comparée au battement des lasers Raman et dont la fréquence d’horloge est f_clk = 300 MHz. La fréquence de la DDS est mise à jour tous les t_upd = 100 ns, donc la résolution de la rampe de fréquence est de 2f_clk/(2⁴⁸t_upd) = 21 Hz² = 134 rad.s⁻², ce qui équivaut à une inclinaison de 0,9 µrad, la précision sur la rampe que nous pouvons appliquer est donc limitée par la DDS. Nous pouvons donc aligner avec une précision suffisante dans la direction verticale pour que cet alignement ne soit pas limitant pour obtenir le contraste optimal avec un interféromètre à 4 impulsions de 800 ms.

Alignement horizontal avec un interféromètre à 3 impulsions Un interféro-mètre à 3 impulsions qui utilise les faisceaux H1 et H4(figure 4.6) a un temps d’in-terrogation qui est p

8/3 ≈ 1,6 fois plus court qu’un interféromètre à 4 impulsions qui utilise ces faisceaux (voir aussi les tableaux 3.1 et 3.2), et son contraste est donc d’autant moins sensible aux désalignements des miroirs. De plus, les interféromètres à 3 impulsions ont un contraste optimal plus élevé en raison de l’impulsion en moins et du temps de vol moins long au moment de la dernière impulsion. Nous utilisons donc ce type d’interféromètre pour chercher un premier signal en balayant la direction horizontale du miroir.

T _T

t

x

t

z

H1

H4

Figure 4.6: Diagrammes temps-espace d’un interféromètre à 3 impulsions.

Alignement avec l’interféromètre à 4 impulsions Lorsque le contraste optimal est atteint pour l’interféromètre à 3 impulsions, la dernière optimisation est effectuée sur l’interféromètre à 4 impulsions.

78 _{Chapitre 4. Interféromètre de grande aire}

4.1.4 Effets du désalignement des miroirs Raman et de la trajectoire