Am´elioration du dispositif exp´erimental

Nous avons vu au paragraphe 2.4 et au chapitre 7 que le syst`eme d’imagerie, initialement

pr´evu pour caract´eriser le PMOM, atteint ses limites pour imager les atomes captur´es dans

les petits pi`eges dipolaires. Des propositions ont ´et´e faites pour l’am´eliorer dans le cadre de

l’exp´erience d´ej`a en place (cf.§ 2.4.6).

Toutefois,il est difficile d’atteindre une r´esolution inf´erieure `a 4 µm avec notre dispositif.

Il serait alors avantageux d’utiliser une chambre `a vide en cellule, pour augmenter les acc`es

optiques et diminuer la distance entre la lentille d’imagerie et les atomes.

Soulignons l’int´erˆet particulier du dispositif exp´erimental utilis´e dans [73]. Celui-ci est une

cellule de quartz, dont le fond est remplac´e par la puce atomique. Les auteurs soulignent la

simplification de la connectique ´electrique qui en d´ecoule, mais dans notre cas, elle facilite

´egalement l’´eclairement des structures par l’arri`ere de la puce. La mise en forme des faisceaux

serait commode, car la lentille de focalisation peut ˆetre plac´ee tr`es pr`es de la puce atomique,

sans ˆetre sous vide. L’utilisation d’un objectif de microscope permettrait d’obtenir facilement

des diam`etres d’´eclairement des structures tr`es faibles. Les exp´eriences sur les structures de

petites longueurs focales ou celles d’adressage pourraient alors ˆetre approfondies.

Notons que ce dispositif am´eliorerait probablement ´egalement la qualit´e des images

d’ab-sorption. La puce atomique ne serait en effet plus suspendue au bout d’un bras d’une vingtaine

de centim`etres de long comme dans notre exp´erience (cf. Figure 3.1). Les vibrations, et donc

les diff´erences entre l’image d’absorption et celle de r´ef´erence, seraient alors diminu´ees.

De plus, l’am´elioration de l’acc`es optique pourrait nous permettre d’utiliser un faisceau

d’imagerie dont l’angle d’incidence sur le miroir θ est plus faible que celui que nous utilisons

actuellement (45➦) [74]. Nous pourrions ´egalement utiliser la lentille `a focale variable que nous

avons pr´esent´ee, de quelques millim`etres de long : les atomes du PMOM, au centre la cellule,

seraient transf´er´es dans la fonction `a ´etudier, au bord de la cellule o`u l’imagerie sera plus simple.

Enfin, l’imagerie `a proximit´e d’une surface reste compliqu´ee du fait des lumi`eres parasites

diffus´ees par le miroir. Pour les diminuer, il faudrait que la dur´ee d’acquisition de la cam´era soit

`a peine sup´erieure `a la dur´ee de l’impulsion du laser d’imagerie. Des voies telles que l’utilisation

du frame transfer ou d’une cam´era `a obturateur ´electronique peuvent ˆetre ´etudi´ees.

8.6 Conclusion

Nous avons montr´e que les structures diffractives grav´ees sur les surfaces b´en´eficient de lois

d’´echelles. Celles-ci encouragent le d´eveloppement de ce domaine de recherche dans la direction

de longueurs focales plus courtes.

Pour capturer des atomes dans ces pi`eges `a partir d’une source distance de la surface comme

un PMOM, il faut toutefois pouvoir amener les atomes dans la zone d’utilisation/pi´egeage.

La lentille `a focale variable est pour cela une alternative aux techniques d´ej`a existantes de

transport par force magn´etique. Nous avons d´ecrit diff´erentes am´eliorations possibles de la

premi`ere version que nous avons r´ealis´ee.

Quelques id´ees ont ´et´e donn´ees sur l’utilisation des r´eseaux de lentilles, avec l’adressage

magn´etique des puits ou la r´ealisation de r´eseaux de double puits.

L’emploi des micro-structures pour pi´eger des atomes avec des d´esaccords vers le bleu a

ensuite ´et´e ´evoqu´e.

Nous avons finalement vu comment am´eliorer notre dispositif exp´erimental pour nous donner

les moyens de d´etecter des atomes captur´es dans des pi`eges de petites dimensions et `a quelques

dizaines de microns de la surface.

Retenons que nous disposons d’une grande libert´e dans le dessin des structures, `a laquelle

vient s’ajouter les possibilit´es offertes par les lentilles de phase. L’´eclairage des structures offre

´egalement un vaste choix de param`etres : la polarisation, le diam`etre, ou l’angle d’incidence

des faisceaux utilis´es. Chacun d’eux peut ˆetre de plus r´egl´e dynamiquement. `A cela se rajoute

l’´eventualit´e de cr´eer des champs magn´etiques (voire ´electriques) locaux. Les quelques pistes

que nous avons pr´esent´ees ici tirent parti de ces possibilit´es, mais le champ des applications

reste vaste !

Conclusion g´en´erale

Ce m´emoire a port´e sur la capture d’atomes froids dans des pi`eges dipolaires mis en forme

par des micro-structures grav´ees `a la surface d’un miroir. Il s’inscrit dans le domaine des puces

atomiques. Celui-ci est en plein essor actuellement car il permet de r´ealiser des exp´eriences

d’atomes froids plus simples, plus robustes et plus compactes. La condensation de Bose-Einstein

peut par exemple ˆetre obtenue dix fois plus rapidement grˆace `a des potentiels bien plus

confi-nants. Ce domaine rendra peut-ˆetre les exp´eriences d’interf´erom´etrie atomique, d’informatique

ou de cryptographie quantique plus accessibles. L’originalit´e de l’approche suivie ici est

l’uti-lisation de potentiels optiques comme alternative aux champs magn´etiques largement utilis´es

jusqu’`a pr´esent.

La premi`ere ´etape a consist´e en la r´ealisation d’un pi`ege magn´eto-optique `a miroir. Les

atomes issus de ce pi`ege ont ensuite ´et´e captur´es dans des lentilles cylindriques de focale fixe,

puis dans des r´eseaux de lentilles cylindriques. Nous avons `a cette occasion montr´e la

pos-sibilit´e d’adresser s´electivement les pi`eges d’un r´eseau de lentilles `a l’aide d’une c´eramique

pi´ezo-´electrique. Nous sommes de plus parvenus `a capturer des atomes dans des lentilles de

type circulaire, mais notre syst`eme d’imagerie ne nous a pas permis de r´esoudre d’´eventuels

atomes pi´eg´es au foyer de la lentille. Nous avons finalement pr´esent´e les premiers r´esultats

exp´erimentaux pour une lentille `a focale variable.

Ces exp´eriences d´emontrent la possibilit´e d’impl´ementer des fonctions de manipulation

op-tiques des atomes sur une puce atomique, en les gravant `a mˆeme le miroir. Nous avons propos´e

quelques id´ees pour d´evelopper les exp´eriences r´ealis´ees dans ce m´emoire. Deux pistes nous

semblent particuli`erement int´eressantes.

D’un cˆot´e la lentille `a focale variable. Elle tire pleinement profit des lois d’´echelle, en

per-mettant de rapprocher les atomes pr`es de la surface o`u les potentiels sont tr`es confinants, tout

en ´eloignant la source pour ne pas perturber son fonctionnement.

D’autre part, l’int´egration de diff´erents types de potentiels ouvre de nombreuses

perspec-tives, comme par exemple la r´ealisation de r´eseaux de lentilles adress´ees magn´etiquement.

Nous esp´erons que ces premi`eres r´ealisations ouvriront la voie `a de nouvelles exp´eriences

excitantes.

Annexe A

Quelques donn´ees sur l’atome de

c´esium

A.1 Grandeurs caract´eristiques

Symbole D´efinition

Atome

133

55

Cs

Masse atomique M 132,9 uma = 2,21 10

−25

kg

Spin nucl´eaire I 7/2

Transition 6S1/2 →6P3/2

Longueur d’onde λ 852,35 nm (vide) – 852.11 (air)

´

Energie de r´esonance hν0 1.455 eV

Dur´ee de vie τ 30.7 ns

Largeur naturelle Γ 2π5,18 MHz

Intensit´e de saturation Isat 1.1 mW.cm

−2

Vitesse de capture vc = Γ/kL 4,42 m.s

−1

Temp´erature Doppler TD =~Γ/(2kB) 124 µK

´

Energie de recul Er=~

²

k

2 L

/(2M) 1,37.10

−30

J

Vitesse de recul vr=~kL/M 0,352 cm.s

−1

Temp´erature de recul Tr = 2Er/kB 198 nK

Pression de vapeur saturante Psat 1,9.10

−6

mbar `a 25˚C

Dans le document Manipulation d'atomes froids par des puces atomiques optiques (Page 186-191)