Contrˆ ole informatique de l’exp´ erience

Le pilotage de l’exp´erience par ordinateur est r´ealis´e au moyen d’une seule carte multi- fonction. Elle dispose de 8 entr´ees/sorties digitales, de 2 sorties analogiques (1 MS/s ; 12 bits de dynamique), de 16 entr´ees analogiques (250 kS/s ; 12 bits de dynamique) et de 2 compteurs (24 bits de dynamique). Celle-ci est command´ee au moyen d’un programme, que nous avons ´ecrit `a partir d’une biblioth`eque d’instructions, contenant des fonctions sp´ecifiques `a la carte d’acquisition.

Les sorties digitales, qui peuvent prendre deux valeurs TTL (0 ou 5 Volts) sont utilis´ees pour commander des volets m´ecaniques ou des modulateurs acousto-optiques, qui permettent de changer l’´etat de certains param`etres de l’exp´erience au cours du temps : le faisceau du pi`ege dipolaire, le repompeur et le champ magn´etique du pi`ege magn´eto-optique ou encore les faisceaux de ralentissement. Lors d’une s´equence, leurs valeurs respectives sont d´efinies, par programmation, pour chacune des parties de la s´equence.

Malheureusement, ces sorties digitales ne peuvent pas ˆetre synchronis´ees parfaitement. C’est pourquoi, afin d’avoir une bonne synchronisation des signaux de commande, on utilise un registre annexe, command´e par une sortie analogique unique qui servira de signal d’horloge. Ce signal, une fois lanc´e par la carte d’acquisition, n’est plus du tout affect´e par le moindre ´ev´enement survenant sur l’ordinateur pilote. Compos´e d’une s´erie d’impulsions et chaque front montant correspondant `a un top pour le basculement d’un ou de plusieurs param`etres de l’exp´erience,

il assure, grˆace au registre qu’il commande, un timing parfait entre tous les ´ev´enements d’une mˆeme s´equence.

Figure 4.3: Sch´ema de principe de commande de l’exp´erience. La carte multi-fonction g´en`ere les signaux de contrˆole et enregistre la fluorescence provenant du pi`ege dipolaire au cours de la s´equence. Le registre est utilis´e pour synchroniser toutes les commandes de bascule.

De fa¸con plus d´etaill´ee, le signal d’horloge est envoy´e `a la fois sur une entr´ee digitale de la carte et sur l’horloge du registre qui assure la synchronisation. Lors d’une s´equence, l’entr´ee digitale d´etecte, par programmation, un front descendant de l’horloge. A ce moment l`a, les sorties digitales prennent les valeurs qu’il faudra appliquer au prochain top d’horloge. Le fait que ces basculements soient asynchrones n’est pas critique, puisque ces valeurs sont bloqu´ees par le registre, qui ne bascule qu’`a l’arriv´ee du top, form´e par le front montant du signal d’horloge. Ensuite, l’entr´ee digitale attend le front descendant suivant pour rafraˆıchir les valeurs de l’entr´ee du registre et ainsi de suite.

Figure 4.4: Exemple de s´equence temporelle : on allume et on coupe le pi`ege dipolaire. ”In Reg.” et ”Out Reg.” sont respectivement les signaux pr´esents `a l’entr´ee et `a la sortie du registre. ”ClK” est le signal d’horloge. Si le basculement des sorties digitales n’est pas parfaitement d´efini, il suffit qu’il survienne avant le front montant de l’horloge pour que le registre assure une bonne synchronisation.

Un exemple simple d’une telle s´equence est repr´esent´e `a la figure 4.4. Lors de celle-ci, on veut allumer le laser pi`ege pendant une dur´ee ∆t. Le signal d’horloge (ClK) commande, sans aucune pr´ecision temporelle, le rafraˆıchissement de l’entr´ee du registre (In Reg.). La double

4.1. MONTAGE EXP ´ERIMENTAL 107

fl`eche repr´esente l’intervalle de temps pendant lequel cette entr´ee peut basculer. Quant au front montant de l’horloge, il commande le basculement de la sortie du registre (Out Reg.) et assure une bonne synchronisation entre toutes les sorties digitales. Pour finir, c’est le retard au basculement qui limite l’intervalle de temps s´eparant deux ´ev´enements successifs `a environ 1 ms. Le signal de GATE, dont l’utilit´e a ´et´e pr´esent´ee `a la section 4.1.1, est cr´e´e par la seconde sortie analogique, ce qui explique sa parfaite synchronisation avec la s´equence des ´ev´enements qui affectent l’exp´erience. La r´esolution temporelle du signal de fluorescence est limit´ee par les sorties analogiques de la carte d’acquisition. Ce signal de GATE est envoy´e, ainsi que le signal de la photodiode, sur un des deux compteurs de la carte, qui enregistre la fluorescence selon le processus d´ecrit sur la figure 4.2.

Enfin, le programme que nous avons ´ecrit propose une interface conviviale, qui permet de cr´eer simplement tous les types de s´equences temporelles possibles, de changer la r´esolution de l’acquisition, d’effectuer un grand nombre de s´equences successives afin d’effectuer des moyen- nages, ainsi que d’autres outils pratiques. Une copie d’´ecran correspondant `a cette interface est reproduite sur la figure 4.5.

Figure 4.5: Vue de l’´ecran d’ordinateur qui pilote l’exp´erience et traite les signaux provenant de la photodiode `a avalanche. En haut `a gauche, les signaux de GATE et d’horloge ; au centre, la fluorescence mesur´ee ; `a droite, la fluorescence moyenn´ee sur plusieurs acquisitions.

4.1.3 Caract´eristiques du pi`ege dipolaire

Dans ce chapitre, le waist du faisceau du pi`ege dipolaire est de l’ordre de w0 = 0.7 µm, soit

pr`es de vingt fois plus petit que dans le cas du pi`ege crois´e. Comme la surface du faisceau est alors 400 fois plus faible, l’intensit´e, `a puissance constante, est multipli´ee par le mˆeme facteur. On peut donc travailler `a beaucoup plus grand d´esaccord que pr´ec´edemment. On a donc choisi d’utiliser pour le faisceau du pi`ege dipolaire, la longueur d’onde de 810 nm, pour laquelle l’objectif a ´et´e sp´ecialement con¸cu. Avec les notations du chapitre 1, on obtient un d´esaccord δ1' −7000 GHz

par rapport `a la raie D1 `a 795 nm. De plus, on peut se limiter `a des puissances allant de 1 `a

5 mW pour obtenir des profondeurs de pi`ege comparables aux cas pr´ec´edents, c’est-`a-dire de quelques dizaines `a une centaine de MHz, comme le r´esume le tableau 4.1.

Puissance ∆0 U0 ∆νD1 ' ∆νD2 Γsp Param`etre de Chauffage

(mW) (MHz) (mK) (MHz) (Ph/s)) saturation (mK/s)

1 -33 -1.6 50 132 7 10−6 0.046

5 -167 -8 250 660 3.6 10−5 0.23

Tableau 4.1: Param`etres du micro-pi`ege dipolaire pour une longueur d’onde de 810 nm et un waist de w0= 0.7 µm. La longueur de Rayleigh est alors de l’ordre de zR= 1.9 µm.