Effet de la puissance du faisceau pi` ege dipolaire

La seconde s´erie de mesures que nous avons r´ealis´ee nous a permis d’´etudier l’effet de la puissance du faisceau du pi`ege dipolaire sur le chargement. Pour cela, nous nous sommes plac´es dans les conditions o`u le pi`ege magn´eto-optique poss`ede une densit´e constante, c’est-`a-dire que nous avons travaill´e avec un champ magn´etique constant et un d´esaccord pour le pi`ege magn´eto- optique fix´e `a δ = −4Γ. De plus, pour s’affranchir des ´eventuelles fluctuations du taux de fluorescence par atome ou de la densit´e du pi`ege magn´eto-optique, l’efficacit´e de chargement sera mesur´ee `a l’aide du param`etre ζ, d´efini par l’expression 4.3. Dans cette partie, destin´ee `a l’´etude des effets induits par la modification de la puissance du laser pi`ege, nous allons commencer par ´evaluer la perte de fluorescence caus´ee par les d´eplacements lumineux. Ensuite, `a l’aide de s´equences de chargement de dur´ees diff´erentes, l’´evaluation de la taille du pic nous permettra de tracer l’´evolution du param`etre ζ en fonction de la dur´ee de chargement et ce, pour diff´erentes puissances. Enfin, nous ferons le bilan de l’effet de la puissance sur l’efficacit´e de chargement.

Figure 4.11: Diff´erentes s´equences de chargement de dur´ee identique, ´egale `a 5 ms, pour dif- f´erentes valeurs de la puissance du pi`ege dipolaire. Quand on diminue celle-ci, la valeur du plateau augmente par rapport `a celle du pic, pour finalement arriver `a une situation o`u les d´eplacements lumineux sont n´egligeables, comme le montre la disparition du pic.

Perte de fluorescence `a cause des d´eplacements lumineux

Pour mettre en ´evidence les d´eplacements lumineux, nous avons r´ealis´e diff´erentes s´equences de chargement, d’une dur´ee de 5 ms, pour lesquelles nous avons fait varier la puissance du pi`ege dipolaire. Celles-ci sont repr´esent´ees sur la figure 4.11.

L’effet d’un changement de puissance sur les d´eplacements lumineux est imm´ediat. La hau- teur du pic, correspondant `a la fluorescence des atomes du pi`ege dipolaire en absence de d´eplace- ments lumineux, ressort de moins en moins du plateau correspondant `a la fluorescence de ces mˆemes atomes, mais en pr´esence de d´eplacements lumineux. De plus, en dessous d’une certaine puissance, le pic devient invisible et se perd dans le bruit dˆu aux fluctuations de la fluorescence au niveau du plateau.

Enfin, pour quantifier cet effet, on a trac´e, sur la figure 4.12, l’´evolution du param`etre ρ, d´efini par l’expression 4.4, en fonction de la puissance du pi`ege dipolaire. En dessous d’une puissance de P = 1 mW, aucun point n’est pr´esent, car il n’y a plus de pi`ege dipolaire visible sur les s´equences enregistr´ees.

Figure 4.12: Evolution du param`etre ρ, qui quantifie la diminution du taux de fluorescence due aux d´eplacements lumineux, en fonction de la puissance du faisceau qui cr´ee le pi`ege dipolaire.

Le premier effet mis en ´evidence sur cette courbe, est la pr´esence d’une puissance limite, de l’ordre de 1 mW `a 2 mW, en dessous de laquelle les d´eplacements lumineux n’ont plus d’effets notables. Ensuite, pour des puissances sup´erieures, les pertes, dues `a ces d´eplacements lumineux, varient assez rapidement et atteignent pr`es de 60 % pour une puissance pi`ege de 6 mW. Enfin, il semblerait que la courbe s’infl´echisse l´eg`erement pour les fortes puissances, ce qui laisse penser qu’elle finira par atteindre une saturation dans les valeurs des d´eplacements lumineux moyens, vus par les atomes.

Cet effet peut se comprendre en consid´erant le m´ecanisme de chargement. Lorsqu’un atome arrive dans la zone de capture, il descend le potentiel dipolaire, mais perd de l’´energie cin´etique, grˆace au processus de refroidissement assur´e par la m´elasse, et se retrouve pi´eg´e. Cependant, `

a cause des d´eplacements lumineux, la m´elasse ne peut pas agir dans tout le volume du pi`ege dipolaire et l’atome est donc pi´eg´e `a une profondeur qui r´esulte de l’´equilibre entre les diverses causes de chauffage et la diminution du m´ecanisme de refroidissement. On comprend alors, qu’`a partir d’une certaine puissance, le fait d’augmenter la profondeur du puits sera sans effet sur les d´eplacements lumineux vus par l’atome, puisque ce dernier ne pourra pas “ descendre ” en dessous d’une certaine profondeur.

4.2. DYNAMIQUE DE CHARGEMENT 117

Evolution de l’efficacit´e du chargement avec le temps

La seconde s´erie d’exp´eriences que nous avons r´ealis´ee a consist´e `a ´etudier l’effet de la puis- sance du pi`ege dipolaire sur l’efficacit´e de chargement ζ. Pour cela, pour diff´erentes puissances, nous avons effectu´e des s´equences de chargements de dur´ee variable, afin de mesurer l’´evolution du nombre d’atomes pi´eg´es en fonction du temps de chargement. L’ensemble des efficacit´es de chargement ζ sont repr´esent´ees sur la figure 4.13, en fonction de la dur´ee de chargement et pour diff´erentes puissances du pi`ege dipolaire.

Figure 4.13: Evolution du param`etre ζ avec le temps de chargement pour diff´erentes puissances de pi`ege dipolaire. D’une part, on remarque que le temps typique de chargement est ind´ependant de la puissance. D’autre part, on observe un effet de saturation de l’efficacit´e ζ pour des puissances ´elev´ees.

Ainsi, on peut constater que l’on retrouve le mˆeme sc´enario de chargement que celui qui a ´et´e mis en ´evidence au paragraphe 4.2.2. En effet, l’´evolution de l’efficacit´e ζ de chargement suit la mˆeme ´evolution temporelle que le taux de fluorescence repr´esent´e `a la figure 4.10. Si on effectue un ajustement des courbes de la figure 4.13 `a l’aide d’une exponentielle, on obtient un bon accord et un temps caract´eristique tout `a fait comparable `a celui qui a ´et´e mesur´e `a la section 4.2.2, c’est-`a-dire de l’ordre de 0.8 ms. De plus, les diff´erents ajustements effectu´es pour des puissances diff´erentes donnent des temps comparables, ce qui montre que la puissance du pi`ege dipolaire n’a pas d’effet sur le taux de pertes 1/τ .

Modification de l’efficacit´e de chargement avec la puissance

Enfin, la valeur des ´etats stationnaires atteints pour les diff´erentes puissances du pi`ege dipo- laire, pr´esente une variation importante en fonction de la puissance du pi`ege dipolaire. Pour l’analyser, nous avons trac´e, en fonction de la puissance, l’´evolution de l’efficacit´e de charge- ment ζ, pour une dur´ee de chargement donn´ee. La courbe de la figure 4.14 repr´esente une telle ´evolution, pour une dur´ee de chargement de 5 ms et de 1 ms.

Sur cette figure, on peut commencer par remarquer que l’efficacit´e de chargement est d’autant plus grande que la puissance du pi`ege dipolaire, proportionnelle `a sa profondeur, est importante. De plus, deux ph´enom`enes sont mis en ´evidence :

• Le premier concerne les faibles puissances, pour lesquelles on peut constater un effet de seuil : pour des puissances plus petites que 0.5 `a 1 mW, le pi`ege dipolaire ne fonctionne

Figure 4.14: Effet de la puissance du pi`ege dipolaire sur l’efficacit´e de chargement. On peut d’une part constater un effet de seuil : il faut une puissance minimale de l’ordre de 0.5 `a 1 mW pour que le pi`ege fonctionne. D’autre part, on peut observer un ph´enom`ene de saturation de l’efficacit´e pour de fortes puissances du pi`ege dipolaire.

pas. A l’aide des param`etres du pi`ege pr´esent´es dans le tableau 4.1, on peut ´evaluer que ces puissances correspondent `a des profondeurs de 800 µK `a 1.6 mK. Une hypoth`ese pour justifier ce seuil serait de penser que les atomes du pi`ege dipolaire ont une temp´erature de l’ordre de cette limite, empˆechant ainsi tout pi´egeage pour une profondeur inf´erieure `a cette limite.

• Le second concerne les puissances ´elev´ees, pour lesquelles on peut constater un effet de satu- ration de l’efficacit´e de chargement ζ. Cette saturation s’explique assez bien en s’appuyant sur le m´ecanisme responsable du chargement. La m´elasse ne peut agir sur les atomes que sur la p´eriph´erie du pi`ege dipolaire, o`u les d´eplacements lumineux ne sont pas trop importants. En augmentant la profondeur du pi`ege dipolaire, on augmente tout d’abord l’efficacit´e de pi´egeage, mais on comprend qu’`a partir d’une certaine profondeur critique, la m´elasse devienne inefficace, rendant ainsi inutile d’augmenter la profondeur du pi`ege dipo- laire. De plus, si on trace l’´evolution de l’efficacit´e de chargement pour d’autres dur´ees de charge, la saturation intervient `a la mˆeme profondeur. La puissance `a partir de laquelle intervient cette saturation est de l’ordre de 4 mW, ce qui correspond `a une profondeur de l’ordre de 6 mK et `a un d´eplacement de la raie D2 de l’ordre de 200 MHz.

Pour finir, nous avons ´egalement ´etudi´e l’effet du d´esaccord de la m´elasse. Cependant, les principaux effets observ´es affectent le pi`ege magn´eto-optique, masquant ainsi les ´eventuelles cons´equences pour le pi`ege dipolaire.