Le pi`ege dipolaire est charg´e `a partir d’un pi`ege magn´eto-optique. Ceci est lui-mˆeme charg´e `a partir du gaz de Cesium `a temp´erature ambiante r´egnant dans la cellule. Le pi`ege magn´eto-optique, d’une taille de 1 mm environ, contient quelque millions d’atomes et recouvre la zone de croisement des faisceaux du YAG. Une phase de contraction du pi`ege magn´eto-optique est appliqu´ee 50 ms avant sa coupure (voir paragraphe 2.4). Le nuage d’atomes a alors une taille rms de l’ordre de 500µm et la
densit´e est d’environ 1011cm−3. Le faisceau YAG est allum´e 500 ms avant la coupure du pi`ege magn´eto-optique. Apr`es la coupure du pi`ege magn´eto-optique, les atomes qui restent pi´eg´es thermalisent `a une temp´erature ´elev´ee. Une ´evaporation se produit ensuite durant environ 50 ms au cours de laquelle le nombre d’atomes ainsi que la temp´erature diminuent. Finalement, 50 ms apr`es la coupure du pi`ege magn´eto-optique, seuls environ 200000 atomes, restent pi´eg´es dans le pi`ege dipolaire. Leur temp´erature est d’environ 20 µK, ce qui correspond `a une ´energie cin´etique moyenne par degr´e de libert´e de 2π¯h × 200 kHz. On trouve exp´erimentalement que cette temp´erature d´epend peu des param`etres du pi`ege magn´eto-optique. Par contre, elle varie `a peu pr`es proportionnellement `a la profondeur du pi`ege dipolaire. Elle correspond `a environ un dixi`eme de la profondeur du pi`ege.
Pour la plupart des exp´eriences d´ecrites dans cette th`ese nous avons cherch´e `a avoir un nuage d’atomes pi´eg´es de petites dimensions. En effet un tel nuage pr´esente deux avantages. Tout d’abord la dispersion des fr´equences d’oscillation n’est ainsi pas trop importante, ce qui permet, comme nous le verrons au chapitre 4, de refroidir efficacement tous les atomes. D’autre part, un nuage de petite taille et `a peu pr`es gaussien permet de mesurer pr´ecis´ement la distribution en vitesse `a partir d’une image de temps de vol en d´econvoluant l’effet de la taille initiale. Pour obtenir un nuage de petite taille, les polarisations des deux bras du YAG sont choisies orthogonales lors du chargement. Avec une telle polarisation, il n’y a pas de r´eseau d’intensit´e et les atomes sont pi´eg´es au fond du potentiel `a grande ´echelle r´esultant de la forme gaussienne des faisceaux. 50 ms apr`es la coupure du pi`ege magn´eto-optique, la polarisation d’un des faisceaux du YAG est modifi´ee grˆace `a une lame `a retard variable pour devenir parall`ele `a celle de l’autre bras.
A l’issue de ce processus, la taille quadratique moyenne du nuage dans la direc-tion verticale est d’environ 60µm, et donc environ 180 micro-puits sont occup´es. La figure 3.5 donne une image du nuage d’atomes pi´eg´es apr`es un chargement avec des polarisations des faisceaux du YAG lin´eaires (figure (a)) ou orthogonales (figure (b)).
Tentative de chargement par m´elasse grise
Pour augmenter le nombre d’atomes pi´eg´es, nous avons essay´e de charger le pi`ege dipolaire avec une m´elasse grise. En effet, l’utilisation d’une m´elasse grise avait permis de charger tr`es efficacement un pi`ege dipolaire form´e d’un faisceau focalis´e unique[46] : 5 fois plus d’atomes ´etaient charg´es dans le pi`ege en utilisant la m´elasse grise qu’en utilisant une m´elasse standard.
Pour cela, nous avons install´e un laser dont la fr´equence est d’environ ω32+ 6Γ, o`u ω32 est la fr´equence de la transition
6S1/2, F = 3E −→
6P3/2, F′ = 2E. Un
deuxi`eme laser en r´esonance avec la transition
6S1/2, F = 4E −→
6P3/2, F′ = 4E
repompe dans
6S1/2, F = 3E les atomes qui seraient retomb´es dans
6S1/2, F = 4E `a l’issue d’une excitation hors r´esonnante. Le laser de la m´elasse grise (transition
(a) (b)
400 µm 400 µm
Figure 3.5: Image des atomes pi´eg´es 100 ms apr`es la coupure du pi`ege magn´eto-optique. (a) : pi`ege charg´e avec des polarisations lin´eaires et parall`eles (horizontales) des deux faisceaux YAG. Des atomes sont pi´eg´es dans les micro-puits form´es par les interf´erences lumineuses mˆeme loin du centre du pi`ege. (b) : pi`ege charg´e avec des polarisations orthogonales des faisceaux YAG. La polarisation du faisceau montant est chang´ee en polarisation horizontale 50 ms apr`es la coupure du pi`ege magn´eto-optique. L’absence de r´eseau optique lors du chargement du pi`ege permet d’obtenir un nuage aux dimensions bien plus faibles qu’en (a).
6S1/2, F = 3E −→
6P3/2, F′ = 2E) est superpos´e aux faisceaux du pi`ege magn´eto-optique : il est divis´e en 6 bras contrepropageant 2 `a 2 et de polarisation σ+ ou σ− (mˆemes polarisations que celles du laser pi`ege du pi`ege magn´eto-optique). La s´equence de m´elasse grise est appliqu´ee apr`es la coupure du pi`ege magn´eto-optique. Elle fonc-tionnait normalement hors du YAG : les atomes ´etaient retenus en m´elasse pendant plus de 500 ms. Cependant, elle d´et´eriorait le chargement du pi`ege. Par contre, appliqu´ee apr`es le chargement du pi`ege dipolaire, elle expulsait les atomes du pi`ege. Ainsi, la figure 3.6, pr´esente une image des atomes apr`es 20 ms de m´elasse grise : des atomes sont expuls´es du pi`ege. Dans ces conditions, il n’est pas ´etonnant que l’utilisation de la m´elasse grise d´et´eriorait le chargement du pi`ege.
Je donne ci-dessous quelques ´el´ements qui peuvent peut ˆetre expliquer ce com-portement de la m´elasse grise dans le pi`ege. Tout d’abord, si les polarisations des bras du YAG sont orthogonales, le champ magn´etique fictif induit par le YAG est suff-isant pour d´et´eriorer le refroidissement de la m´elasse grise[56]. Lors de la s´equence de
-400 -200 0 200 400 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 x [µm] z [ µ m] atomes expuls´es x (µm) − ln (I /I0 ) 400 0 -400 1.8 1.2 0.6 0 -0.6
Figure 3.6: Image du pi`ege apr`es 20 ms de m´elasse grise. La m´elasse grise a expuls´e des atomes du pi`ege. Une fois hors du pi`ege( `a droite du pi`ege sur l’image), les atomes sont retenus dans la m´elasse grise qui fonctionne bien hors du pi`ege. Le graphe de droite est la coupe horizontale de l’image passant par le centre du pi`ege. L’ouverture finie du syst`eme optique est responsable de la structure de diffraction visible sur les bords du nuage.
m´elasse grise suivant la coupure du pi`ege magn´eto-optique, les polarisations du YAG sont donc choisies parall`eles. Dans cette situation, la m´elasse grise expulse les atomes du pi`ege au lieu de les y accumuler. Ce comportement est sans doute dˆu `a la pr´esence du r´eseau dans la direction verticale. En effet, le m´ecanisme de refroidissement de la m´elasse grise n´ecessite un d´eplacement des atomes sur une longueur de l’ordre de la longueur d’onde. Or, dans le r´eseau du YAG, les atomes sont confin´es verticalement sur une distance beaucoup plus courte ce qui inhibe le refroidissement dans la direction verticale.
Ainsi, il semble que si une m´elasse grise donne de tr`es bons r´esultats dans un pi`ege constitu´e d’un faisceau unique[46], elle ne fonctionne pas en pr´esence d’interf´erences. Il serait int´eressant d’essayer de charger avec une m´elasse grise un pi`ege dipolaire crois´e constitu´e de deux faisceaux de fr´equences diff´erentes (pi`ege bicolore). On peut par exemple modifier la fr´equence d’un des bras du YAG en le faisant diffracter dans un modulateur acousto-optique. Si la diff´erence de fr´equence est suffisante, la structure d’interf´erence entre les deux faisceaux est balay´ee suffisamment rapidement pour que
les atomes n’aient pas le temps de suivre. Le potentiel vu par les atomes est alors un potentiel moyen qui ne poss`ede pas de structure `a l’´echelle de la longueur d’onde. Si les arguments que j’ai donn´es pr´ec´edemment expliquent le non fonctionnement de la m´elasse grise dans notre pi`ege, alors la m´elasse grise devrait fonctionner correctement dans un pi`ege crois´e bicolore.