Dispositif expérimental

An de faciliter l'embarquabilité de cette source, nous utilisons un maximum de tech-nologies brées, et installons le dispositif dans un rack. La gure 3.36 présente le schéma du montage : le laser à bre intégré par IDIL, après passage dans un isolateur PM, injecte un amplicateur EDFA de 500 mW PM. En sortie d'amplicateur, un coupleur 90/10 PM

permet de renvoyer 10% de la puissance en face avant du rack. Cette première sortie consti-tuera une référence de fréquence à 1560 nm lorsque le faisceau doublé sera asservi sur le Rubidium. La sortie à 90% du coupleur est reliée à un système à boucles de polarisation an de régler la polarisation en entrée du cristal en guide d'onde PPLN-WG13. Ces boucles de polarisation sont nécessaires car la bre d'entrée du cristal n'est pas PM. La bre de sortie du cristal, monomode à 1560 nm est alors reliée à un coupleur 50/50 à 780 nm. Ainsi la moitié du faisceau de doublage est reportée en face avant du rack, et constitue le faisceau de sortie à 780 nm. L'autre moitié est envoyée à l'air libre dans un dispositif compact d'ab-sorption saturée. L'électronique de contrôle de l'asservissement, ainsi que l'alimentation du four ont été également intégrées dans le rack. L'alimentation du laser à bre ainsi que celle de l'amplicateur sont en revanche reportées à l'extérieur du rack. La photo 3.37 présente le laser maître installé dans son rack.

Fig. 3.37 - Photo du laser maître installé dans son rack.

An de limiter les uctuations thermiques à l'intérieur du rack, ce dernier est refermé par un couvercle, et un ventilateur permet de diminuer l'échauement à l'intérieur dû aux fuites thermiques du four, ainsi qu'à l'amplicateur. Les variations de température à l'intérieur du rack jouent un rôle important car elles entraînent une variation de la fréquence du laser à bre, qui, comme nous l'avons mentionné au paragraphe 3.2.1, n'est pas parfaitement thermostaté. Pour mettre en évidence ce phénomène, nous avons mis en place une mesure indirecte : le capot du rack étant ouvert, nous avons tout d'abord réglé la fréquence du laser à bre à l'aide de la consigne de température, de façon à observer un pic d'absorption avec le dispositif d'absorption saturée. Nous avons alors refermé le capot du rack, entraînant une variation lente de la température à l'intérieur du rack. An de garder la fréquence du laser

accordée sur le pic d'absorption, nous avons dû modier la température de consigne du laser. La gure 3.38 montre l'évolution de la température de consigne en fonction du temps, le temps t = 0 s représentant l'instant où le rack est fermé.

Fig. 3.38 - Température de consigne du laser à bre pour rester à la même fréquence après fermeture du rack.

La thermalisation suit une loi exponentielle décroissante de temps caractéristique 40 min. Les variations thermiques associées sont de l'ordre de 60 mK, ce qui correspond à une dérive fréquentielle de 300 MHz, soit une correction de 30 V sur la cale piézo-électrique. Nous voyons d'ores et déjà que, notre système de contre-réaction ne fonctionnant que sur la plage −15/ + 15 V , ces variations de température risquent de poser problème au niveau de l'asservissement en fréquence.

Puissance à 780 nm Si notre système présente l'avantage de fournir une source à 780 nm entièrement brée, on peut en revanche déplorer de nombreuses pertes en lignes. A l'origine nous souhaitions obtenir en sortie un faisceau monomode de 1 mW . Toutefois, l'utilisation d'un coupleur monomode à 780 nm pour utiliser une partie du faisceau pour l'absorption saturée nous oblige à passer d'une bre monomode à 1560 nm (de 9 µm de diamètre de c÷ur) à une bre monomode à 780 nm (de 4 − 5 µm de diamètre de c÷ur). Cette connexion a une transmission valant à peu près le rapport des surfaces des deux c÷urs de bre, soit environ 25% et s'accompagne en outre de uctuations d'intensité importantes, et d'une forte sensibilité aux déplacements de la bre monomode à 1560 nm. En eet, cette dernière étant multimode à 780 nm, la distribution selon les diérents modes dépendra de sa disposition.

Ainsi, pour une puissance de sortie de 1 mW , il nous faut sortir environ 10 mW du cristal, ce qui correspond à un pompage de plus de 300 mW . Un tel fonctionnement nous a

Fig. 3.39 - Spectre d'absorption d'un condensat de Bose-Einstein réalisé à l'aide du laser maître.

permis d'utiliser le laser maître comme faisceau imageur pour une expérience de condensat de Bose-Einstein réalisée par William Guérin, Jean-Félix Riou et Philippe Bouyer à l'Institut d'Optique à Orsay. La source en rack, aisément transportable, a pu être déplacée, installée, asservie et utilisée pour imager le condensat quelques heures. La gure 3.39 montre le spectre d'absorption du condensat de 87Rb. Le faisceau de détection est réalisé par le laser maître asservi, et dont la sortie est modulée en fréquence par un modulateur acousto-optique.

Toutefois, en éclairant durablement le cristal par une forte puissance de pompe, l'ecacité de doublage du système a été divisée par un facteur trois (voir 3.6.2). Pour éviter d'aggraver le vieillissement du cristal, nous avons diminué la puissance de pompe autour de 100 mW . La sortie du laser maître ne fournit pas plus de 30 µW , qui ne peuvent plus nous servir de faisceau imageur. En revanche, dans le cadre de l'expérience de gravimétrie, même si ce système ne fournit pas de lumière à 780 nm, il permet d'obtenir environ 10 mW à 1560 nm asservis en fréquence.

Limitations Le laser maître présente quelques inconvénients, notamment au niveau de la stabilité en intensité et en polarisation. En eet, le cristal en guide d'onde étant connectorisé à des bres monomodes à 1560 non PM, des uctuations de la polarisation avant le cristal peuvent se traduire par des variations de la puissance de doublage. Même en xant fermement les bres, les uctuations thermiques à l'intérieur du rack provoquent une lente diminution de la puissance en sortie. Toutefois, la principale limitation vient, en sortie de cristal, du passage de la bre monomode à 1560 nm à la bre à monomode à 780 nm. La bre multimode à 1560 nm provoque des variations importantes de puissance et de polarisation.

Ces inconvénients pourraient être évités en utilisant le cristal PPLN-WG30 qui est connec-torisé en sortie à une bre monomode à 780 nm. Toutefois, comme nous allons le voir, les limitations mentionnées ne posent pas de problème pour que le laser maître assure sa fonc-tion première, à savoir qu'il serve de référence de fréquence à 1560 nm pour l'expérience d'atomes froids.