d Procédure de refroidissement

Le principe de refroidissement du mode de la cavité consiste simplement à absorber le champ résiduel présent dans la cavité par des paquets d'atomes absorbeurs.

Le paquet absorbeur est, en général, composé de trois à dix atomes préparés ini-tialement dans l'état |gi. Pour optimiser leur absorption, les atomes ne seront pas tout le temps résonnants avec le mode de la cavité. Le désaccord δ(t) entre la fréquence de transition atomique et la fréquence du mode est varié linéairement de -30 kHz à 30 kHz et il s'annule au temps de passage du paquet au centre du mode. On réalise ainsi un passage adiabatique. La durée de la rampe de champ électrique pour changer le désaccord est 75 µs. L'ecacité d'absorption de chaque paquet est proche de 80%. L'absorption des paquets absorbeurs a été étudiée en détail dans la thèse de Paolo Maioli [44].

Ces paquets absorbeurs sont utilisés dans deux cas de gures diérents. Dans la mesure où l'on est amené à manipuler des champs cohérents mésoscopiques, une procé-dure d'initialisation est nécessaire pour eacer le champ produit à la n d'une séquence expérimentale. Le champ injecté a en général subi la relaxation et, en dénitive, le nombre moyen de photons à absorber ne dépasse pas 20 unités. La gure (2.21) reproduit le dia-gramme spatio-temporel de la procédure d'initialisation du champ. Cette procédure est constituée de cinq paquets absorbeurs avec une dizaine d'atomes par paquets. Le premier paquet élimine le faible champ créé dans le mode spectateur BF en raison des imperfec-tions expérimentales. Le gros du champ à absorber se trouve dans le mode acteur HF. Quatre paquets se succèdent et assurent, pour des champs mésoscopiques jusqu'à 20 pho-tons en moyenne, une initialisation au vide. Une telle procédure peut génèrer des échos (voir paragraphe 2.2.3). Pour les éviter, les atomes de l'expérience sont programmés 1 ms après cette procédure. Ainsi, le champ de la cavité a eu le temps de relaxer. Au mo-ment du passage des atomes d'expérience, la cavité est par conséquent à l'état d'équilibre

thermodynamique. Dans tout ce manuscrit, nous symboliserons ce protocole d'eacement du champ par l'apparition d'une étiquette "eacement du champ" dans nos diagrammes spatio-temporel. temps p o si tio n cavité détecteur fréquence mode HF fréquence mode BF δ temps

Fig. 2.21  Diagramme spatio-temporel et évolution du désaccord δ de la procédure d'initialisation du champ

La seconde utilisation de paquets absorbeurs est la réduction du champ thermique initial. Le temps de relaxation du vide vers le champ thermique est 1/γ. Pour être ecace, le délai entre le passage des paquets absorbeurs au centre de la cavité et l'interaction atome-champ doit être inférieur à 1/γ. La procédure de réduction du champ thermique est composée de deux paquets absorbeurs de 4 à 5 atomes. Ils sont séparés de 75µs. Le délai minimum entre le dernier paquet absorbeur et l'atome de l'expérience est 200µs.

L'eet sur le champ thermique a été observé sur un signal d'oscillation de Rabi en absorption. Le principe de la mesure est d'observer l'évolution du transfert atomique d'un atome initialement dans l'état |gi en fonction du temps d'interaction eectif. Dans le cas du vide, la probabilité de détecter l'atome dans l'état |ei est uniformément nulle. Dans un champ thermique, une oscillation caractérise le signal de transfert atomique. Pour des champs thermiques de faible nombre moyen de photons, le contraste des oscillations de Rabi caractérise le nombre moyen de photons présents dans le mode de la cavité.

La gure (2.22) résume les caractéristiques spatio-temporelles de l'expérience. L'atome est initialement préparé dans l'état |gi. Le temps de déclenchement de l'interaction est tini = −37 µs. Le délai τd´elai entre l'atome acteur et les paquets absorbeurs pourra être changé. Le temps de n de l'interaction tf in est balayé.

Les résultats de l'expérience où l'atome est préparé dans |gi sont présentés sur la gure 2.23. Chacun des trois graphes, matérialisés par des ronds, des étoiles et des carrés, représente un délai τd´elai diérent entre l'atome et les paquets absorbeurs respectivement égal à 200µs, 350µs et inni (en pratique sans paquet absorbeur). On remarque l'eet notable du passage des paquets absorbeurs sur l'absorption de l'atome et donc sur le champ résiduel.

at^om es ^ab so^rb an^ts at^om e temps p o si tio n cavité détecteur mode HF mode BF t_ini ^t=0µ_s δ τdélai t_fin

Fig. 2.22  Diagramme temps-position et évolution du désaccord δ pour l'expérience d' oscillation de Rabi dans le champ thermique

courbes expérimentales en supposant que le résultat de l'absorption est un champ ther-mique. On évalue ainsi le nombre moyen de photons présents après les paquets absorbeurs. Pour des délais de 200 µs et 350 µs, nous mesurons respectivement la présence de 0.3±0.2 et 0.5 ± 0.2 photons. D'après les lois classiques de relaxation d'un champ thermique, cette estimation correspond à un champ, juste après les paquets absorbeurs, de nombre moyen de photons égal à 0.1.

-5 0 5 10 15 20 25 30 35 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 P e t i (en µs)

Fig. 2.23  Oscillations de Rabi en absorption dans un champ thermique "refroidi". La courbe représentée par des ronds correspond au cas sans paquet absorbeur, celle repré-sentée par des étoiles correspond à un délai de 350µs entre l'atome acteur et les paquets absorbeurs, nalement celle représentée par des carrés correspond à un délai de 200µs. Plus le délai est long, plus le transfert atomique maximal est grand

2.6 Production et calibration d'un champ cohérent dans