Banc optique

Le banc optique espace libre est certainement une des parties les plus critiques du système laser avec la partie de doublage de fréquence. Si un désalignement intervient, l’injection dans les fibres en sortie du banc risque d’être compromise avec une perte significative de la puissance optique. Et il nous est bien évidemment interdit d’ouvrir le confinement du banc en vol pour procéder à des ajustements. Au sol dans l’avion, nous n’y avons accès qu’en plaçant un rideau ignifugé autour du bâti.

Un énorme travail a été effectué de la part des précédents doctorants sur l’expé-rience pour assurer la stabilité du banc. Hormis l’injection des fibres, aucun aligne-ment n’est nécessaire après une campagne de vol, pendant laquelle les contraintes sont importantes (transport en camion, vibrations de l’avion). De même, lors du dé-ménagement de l’expérience de Paris à Bordeaux, aucun ré-alignement ne fut néces-saire (doublage de fréquence compris).

Pour en arriver à une telle stabilité, chaque composant fut choisi avec soin. Tout d’abord la plaque soutenant les optiques est en aluminium AW26187de 4 cm d’épais-seur. Elle est creusée sur l’envers afin de l’alléger au maximum tout en gardant une excellente robustesse. Les collimateurs d’injection (collimateurs de type PAF-X de Thorlabs) et les montures des miroirs (New Focus 9810-5-K) ont été choisies afin de garantir un maximum de stabilité et sont tous vissées sur la plaque (hormis deux montures rajoutées récemment qui sont collées). Le banc optique est divisé en trois

6. Dans l’optique de la réalisation d’un interféromètre double espèce simultanée, le banc de dou-blage fut récemment modifié avec la mise en place de deux EDFA séparés pour chacune des longueurs d’ondes. Le doublage se fait maintenant en parallèle, amenant une amélioration notable de la puissance. 7. Alliage d’aluminium et de cuivre très utilisé dans l’industrie aéronautique pour sa grande stabilité

! "

# $ % & ' (

! "

# $ % & ' (

Figure 2.8 Photographie du banc optique. La partie supérieure droite est réservée au dou-blage de fréquence du Rubidium et du Potassium. Chacun des longueur d’onde est ensuite envoyée sur le banc optique afin de générer les faisceaux pour le refroidisse-ment et les faisceaux Raman.

Chemin optique du faisceau à 780 nm

Le chemin Rb est composé d’un premier MAO (AA 80 MHz) permettant de sé-parer les faisceaux du piège magnéto optique (PMO) des faisceaux Raman. Un obtu-rateur (Uniblitz) permet de complètement couper le faisceau non diffracté. La partie diffractée du 1er MAO est interceptée par un demi-miroir et est injectée dans un se-cond MAO (AA 200 MHz). Sur ce dernier, nous utilisons le faisceau diffracté pour générer le faisceau Raman, nous permettant ainsi de couper le faisceau avec une grande rapidité (la durée du pulse π/2 est d’environ 6 µs) et une très bonne extinc-tion. Un obturateur (Uniblitz) est tout de même présent pour complètement stopper le faisceau en dehors des phases interférométriques. Nous avons également la pos-sibilité de faire un second faisceau Raman (sur l’ordre 0 du second MAO), mais ce chemin n’est pas utilisé pour l’instant et est donc condamné.

2.3 Système laser 45

En sortie du banc, on mesure une puissance de 1.06 W sur la voie PMO et 0.5 W sur la voie Raman avant injection. La puissance couplée dans la fibre PMO est de 48%, et de 70% pour le collimateur Raman. Cette différence s’explique par l’ou-verture numérique plus faible des nouvelles fibres optiques livrées avec le combi-neur/séparateur de faisceaux (utilisé pour le PMO), rendant l’injection plus difficile et le couplage moins efficace.

La puissance nécessaire pour le faisceau pousseur est prélevée par une lame sé-paratrice, située peu après le doublage et est envoyée à un MAO fibré placé sur le rack expérimental. La puissance du faisceau en sortie du collimateur est d’environ 7.5 mW.

Chemin optique du faisceau à 767 nm

La seconde partie du banc est dédiée au potassium. Les voies PMO et Raman ont, comme sur la voie Rb des obturateurs afin de pouvoir bloquer complètement les faisceaux. Le voie raman est générée par la partie diffractée (ordre 1) par le MAO 2 puis interceptée par un demi-miroir. Le MAO 1, quant à lui, permet la création du repompeur et de la seconde fréquence Raman à 460 MHz (Fig. 2.9). Pour cela, nous utilisons le MAO en double passage. Le faisceau est diffracté deux fois (2×230 MHz), et seuls les ordres (0.0) et l’ordre (1.1) sont conservés en sortie.

Ce dispositif nous permet de générer le 460 MHz sans harmoniques parasites qui seraient à la fois néfastes pour le refroidissement et pour l’interféromètre. En effet, ces harmoniques provoqueraient la génération d’interféromètres parasites. Séparées de seulement 460 MHz, certaines raies se trouveraient quasiment à résonance, favorisant l’émission spontanée et une diminution du contraste de l’interféromètre.

D’un autre côté, ce système nous contraint à parfaitement superposer les deux ordres afin d’obtenir une injection efficace dans les fibres en sortie du banc. De plus, cela entraîne également une perte de puissance significative dans les ordres (0.1) et (1.0) qui sont inutilisés. Par exemple durant la phase de refroidissement, la puissance entre le refroidisseur et le repompeur est partagée de façon quasiment égale (voir Sect. 3.2.2), de ce fait presque 50% de la puissance en entrée du MAO est perdue dans les ordres (0.1) et (1.0).

Lors d’un PMO, la puissance en sortie du banc est de 460 mW, et environ 50% sont couplés dans la fibre. Sur la voie Raman, la puissance est de 290 mW et 60% de la puissance est couplée. La puissance nécessaire au faisceau pousseur est prélevée sur la voie PMO et est envoyée à un MAO fibré situé sur le rack expérimental, afin d’avoir environ 10 mW sur les atomes.

Recombinaison des faisceaux

Les faisceaux à 780 nm et 767 nm du PMO sont couplés dans des fibres optiques, et envoyés vers le rack où se trouve l’enceinte à vide sur lequel se trouve le com-bineur/séparateur Schäfter Kirchhoff 2 par 6. Les deux faisceaux sont tout d’abord

(0) (1) (1,0) (0,1)

MAO

Figure 2.9 Schéma de principe du MAO double passage : le faisceau traverse le cube et une partie est diffractée une première fois puis une seconde fois. Nous avons ainsi l’ordre (1.1) superposé à l’ordre (0.0), séparé par une fréquence de 460 MHz. La lame quart d’onde permet polariser orthogonalement le faisceau aller par rapport au faisceau retour.

combiné par l’intermédiaire d’un cube et d’une lame à retard dichroïque puis séparé en 6 faisceaux, via des cubes et des lames polarisantes. C’est en jouant sur ces lames que l’on peut équilibrer la puissance dans chacune des voies. Les 6 fibres de sortie sont ensuite connectées aux collimateurs fixés sur l’enceinte à vide. Les pertes de puissance à l’intérieur du cluster 6 faisceaux entre l’entrée et la sortie (somme des 6 faisceaux) est d’environ 40%.