• Aucun résultat trouvé

2.5 Rack expérimental

2.5.3 Détection

La détection, en sortie d’interféromètre, est maintenant effectuée par une photo-diode à avalanche (PDA). Notre choix s’est porté sur le modèle APD110A de chez Thorlabs qui est extrêmement rapide et sensible, et dont la surface de détection fait 1 mm de diamètre. Le hublot dédié à la détection ne se trouve pas en périphérie de

2.5 Rack expérimental 55

l’enceinte comme pour tous les autres. Il est placé à 60 mm à l’intérieur de l’enceinte afin de maximiser l’angle solide de détection (Fig. 2.15). Le diamètre est légèrement supérieur aux autres (abstraction faite des hublots Raman Y et Z), puisqu’il fait 30 mm contre 25 mm. Deux lentilles, dont une placée près du hublot permettent d’acheminer le signal lumineux jusqu’à la photodiode, placée à l’extérieur de l’enceinte.

L’enceinte est également pourvue de deux caméras. L’une est simplement utilisée pour le contrôle et permet d’imager le PMO, alors que la seconde nous permet de faire des mesures de température par temps de vol (voir Sect. 3.1.2).

Figure 2.15 Vue en coupe de l’enceinte à vide. La bride de détection (située au bas de la figure) est différente de celle des autres afin de venir en appui sur le hublot situé à l’intérieur de l’enceinte.

Avant d’installer cette photodiode à avalanche, nous avions une photodiode de chez Hamamatsu (S1227-66BR) de 5.8 mm de côté pour une surface de 33 mm2. Nous avons également testé la photodiode amplifiée PDA100A de chez Thorlabs. Ce détec-teur possède un amplificadétec-teur intégré dont on peut ajuster le gain. Le grand intérêt est sa surface de détection faisant 9.8 mm de diamètre (75.4 mm2) soit une surface presque 100 fois plus grande. Pour ces deux photodiodes, le signal était plus impor-tant mais le bruit également, ayant pour conséquence une dégradation du rapport signal à bruit sur nos franges par rapport à la photodiode à avalanche. De plus, la grande rapidité de celle-ci est indispensable à la détection Potassium (voir Sect. 3.2.4).

Les bobines principales ont été réalisées une première fois au Syrte avant la mise sous vide. Seulement en aout 2013, 1 mois avant la campagne, un court-circuit est ap-paru entre les bobines et l’enceinte à vide. Les 200 m de fils ont donc dû être enlevés et remplacés. Afin d’éviter ce problème à l’avenir, les tranchées abritant les bobines sont recouvertes d’un matériau diélectrique (film de polyimide) dont la tension de claquage est de 7000 Volts et restant stable aux températures (jusqu’à 400°C) induites par les bobines. Cette précaution permet d’isoler complètement les bobines de l’en-ceinte, ce qui nous a semblé indispensable suite à l’incident (le vernis du fil avait certainement été abimé provoquant le court-circuit).

Elles génèrent un gradient d’environ 14 Gauss/cm pour un courant de 5 A (ali-mentation Delta Elektronika ES 300-Series, 30 V - 10 A). Les mesures effectuées avec un gauss-mètre montrent qu’après extinction de l’alimentation, le champ magnétique induit par les bobines met moins de 1.5 ms avant d’être nul et stable.

Les bobines de compensation (configuration helmholtz) ont été placées autour de l’enceinte afin de pouvoir générer un champ de complètement homogène au niveau des atomes. Elles sont au nombre de trois, alignées sur les axes X, Y et Z. Elles sont enroulées autour d’un gabarit en aluminium. Afin d’éviter les courants de foucault, les gabarits sont séparés en deux arc de cercles reliés par deux pièces en delrin (ma-tériau neutre et diélectrique). Chacune d’elle possède une alimentation propre (Delta Elektronika ES 150-Series, 30 V - 10 A). Le biais Raman est généré avec les bobines de compensation, en permutant simplement l’alimentation de la bobine de l’axe désiré par une quatrième alimentation.

2.5.5

Antennes RF / micro-onde

Les signaux RF 6.834 GHz et 460 MHz sont issus de la chaine de fréquence. Deux passages électriques de type SMA ont été prévus sur l’enceinte pour les antennes. Le but premier était de simplement brancher la source micro-onde à 6.8GHz direc-tement à l’enceinte. Mais côté vide, seul un fil de quelques millimètres a été installé dans le prolongement du port SMA. Ce dispositif s’est révélé très peu efficace, et seule une petite partie de la puissance micro-onde est reçue par les atomes de façon incohérente par réflexion sur les parois de l’enceinte. En effet, le rayonnement d’une telle "antenne" se fait dans le plan orthogonal à la direction du fil. En branchant un circulateur13, nous avons remarqué que plus de 3/4 la puissance de l’onde RF est renvoyée dans le système.

13. Appareil permettant d’isoler la partie du signal réfléchie renvoyé par un composant, ici une an-tenne.

2.5 Rack expérimental 57

Nous avons donc construit une antenne externe de type λ/2 (Fig. 2.16-a) et l’avons placé devant un hublot. Ce montage s’est révélé très efficace et permet de réaliser sans problème la transition micro-onde pour la sélection du sous-niveau Zeeman mF =0. La figure 2.16-b montre les oscillations de Rabi de la transition micro-onde dans 3 cas bien distincts. Le gain obtenu avec l’installation de l’antenne est évident et a permis d’améliorer significativement les performances de l’interféromètre.

Il faut cependant noter que l’antenne ne marche relativement bien qu’en face d’un hublot de 50 mm de diamètre (hublots Raman sur les axes Y ou Z) et est plutôt inefficace sur les autres hublots (25 mm de diamètre). Cela implique que dans un futur proche, il faudra certainement casser le vide afin d’installer ce type d’antenne à la sortie du passage électrique à l’intérieur de l’enceinte afin d’avoir accès aux hublots Raman Y et Z simultanément.

Pour le potassium, c’est un peu plus compliqué, en effet, 460 MHz correspond à une longueur d’onde d’environ 65 cm. Et nous n’avons malheureusement pas été capable d’avoir un signaf RF efficace ni par le port SMA, ni avec une antenne (de type dipôle court).

λ/2

Port SMA Réflecteur

Antenne

a) b)

Figure 2.16 a)Schéma de principe d’une antenne dipolaire λ/2. Dans le cas du Rubidium, la longueur de l’antenne λ/2 fait 2.2 cm. b) Oscillation de Rabi de la transition micro-onde mesurée dans trois différents cas. En bleu, mesure obtenu avec un amplificateur RF 1 W en étant branché directement sur le passage électrique de l’enceinte. En rouge, même dispositif avec un amplificateur RF 2 W. Enfin en noir, mesure obtenue avec l’ampli 2 W et l’antenne dipolaire λ/2.