2 Montage expérimental 7
2.2 Enceinte à vide
Chapitre 2
Montage expérimental
2.1 Introduction
Ce
chapitre
est consacré à ladescription
dumontage expérimental.
Lesystème
à deux
pièges
que nous avonsdéveloppé
estprésenté
en détail. L’idée d’utiliserun
piège
à atomes neutres pour encharger
un autre a initialement étéexploitée
àBoulder
(Colorado) [66] ;
dans cetteexpérience
une mélasse d’atomes froids était lancée vers le haut par une fontaineatomique
pour êtrecapturée
dans unpiège.
Pour
disposer
d’un bon vide et d’untemps
dechargement
dupiège court,
touten bénéficiant des
avantages
duchargement
àpartir
d’une vapeuratomique
àtempérature ambiante,
nous avons mis aupoint
unsystème
à double cellule. Ilcomprend
deuxpièges magnéto-optiques (P.M.O.),
lepremier
servant àcharger
le second. Ils’agit
dupremier système
où un P.M.O. est transmis vers un P.M.O.Dans la section
2.2,
nous décrivons lesaspects
essentiels dusystème
à vide. La section 2.3 est consacrée auproblème
du transfert des atomes d’unpiège
versl’autre. Dans la section
2.4, quelques précisions
sont données sur lapartie
laser de cetteexpérience, montage qui
utilise exclusivement unetechnologie
de diodes lasers.2.2 Enceinte à vide
2.2.1 Principe
Un schéma de ce
dispositif
est donné sur lafigure
2.1. Il est formé de deux cellulesplacées
l’une au dessous del’autre,
chacunepompée
par une pompeionique
(et plus
récemment par une pompe à sublimation de titane pour la cellule dubas).
La
première
cellule contient une vapeur de césium. Elle estséparée
de la secondechambres. Ce tube a une
longueur
d’environ 14 cm pour un diamètre intérieur de 9 mm. Il estprolongé
d’un autre tube en acierinoxydable
de diamètreplus
important qui
lui sert desupport.
La conductance de l’ensemble est de l’ordre de0.5
l/s.
Pour une vitesse de pompage de 25l/s
etcompte
tenu de la distance despompes aux
cellules,
on s’attend à un facteur 20 entre les deuxpressions (ce qui
s’est révélé
proche
des valeurs trouvéesexpérimentalement).
On
charge
àpartir
de la vapeur de césium unpremier
P.M.O.[67], [68].
Onlaisse ensuite tomber ce
piège
pargravité, après
unephase
de refroidissement enmélasse,
dans la seconde cellule à travers le tube de vide différentiel. Le nuageatomique
en chute libre estcapturé
par un second P.M.O. dans la cellule dubas,
à une hauteur de 3 mm environ au dessus du
prisme
surlequel
lesexpériences
de rebonds sont réalisées.2.2.2 Estimation du vide
La constante de
temps
dechargement
dupiège
en haut est de l’ordre de 0.5 s.La durée de vie des atomes dans le
piège
du bas est de 12 s. Cela nouspermet
donner une borne
supérieur
à la valeur duvide,
dans la celluleinférieure,
d’environ2
10-9
mbar. C’est une bornesupérieure
car la durée de vie dupiège
est limitéeà environ une dizaine de secondes par des collisions entre atomes froids
[69].
Au delà de cetemps,
la durée de vie du P.M.O. n’estplus
une bonne indication duvide. Nous manquons donc de moyens pour estimer la valeur réelle du vide
qui
est
probablement
inférieure à 2.10-9 mbar ;
ainsi les indications de courant despompes
ioniques
donnent un videplutôt
aux alentours de10-10
mbar. Lepoint
àretenir est que ces valeurs sont suffisamment basses pour que les
pertes
d’atomesdans la cavité par collision avec les
particules
du gaz résiduel soientnégligeables.
La
pression partielle
de césiumNous n’avons pas réussi à
charger
un P.M.O. directement àpartir
de la vapeurde césium de la cellule du
bas ;
celasignifie
que les atomes de césium sontexpulsés
par collision avec les autres
particules
du gaz résiduel dans untemps plus
courtque le
temps
dechargement.
Lapression partielle
de césium dans cette zone estdonc très inférieure à la
pression globale,
au moins par un ordre degrandeur.
Cecin’est pas le cas dans la cellule du
haut,
où le gaz, aucontraire,
estprincipalement
constitué de césium. Notons que le
comportement
ducésium,
est différent de celui des autresparticules
de gaz commel’azote,
la vapeur d’eau ou des gaz raresqui
sont les
principaux composants
du gaz résiduel. Le césiuminteragit
fortement avecles
parois qui
font ainsi office de pompejusqu’à
être saturées. Cette saturationdes
parois
est atteinte dans la cellule du haut où il y a eu unapport
massif de césium parchauffage
de l’enceinte à videjusqu’à
la cellule. Le césium ne progresse ensuite lelong
d’uneparoi
que parmouillage
de celle-ci. C’est cequi explique
FIG. 2.1 : Enceinte à vide. On
capture
àpartir
d’une vapeur de césium unpremier
P.M.O. On laisse tomber le nuage
capturé
à travers un tube de videdifférentiel.
Il est ensuiterecapturé
par un second P.M.O. dans la cellule du bas. Dans cettecellule,
les conditions de vide sont meilleures deplus
d’un ordre degrandeur,
et la pressionpartielle
de vapeur de césium estnégligeable
devant la pression totale.la chambre du bas soit très
supérieur
à un facteur 20. Atempérature ambiante,
le
temps
depropagation
très lent nouspermet
depréserver
la cellule du bas du césium sur untemps supérieur
à l’année. Dans lemontage
leplus récent,
nous avons introduit dugraphite
pour renforcer laséparation
des deux zones.2.2.3 Comparaison
avec unjet ralenti
Une alternative au
système
à double cellule est lejet
ralenti. Nous neprétendons
pas que le vide soit
potentiellement
meilleur dans unsystème
à doublecellule,
mais
simplement
que, à videéquivalent,
cettetechnique
estplus simple
àréaliser,
plus compacte
et nécessite moins d’entretien. Il n’est pasnécessaire,
parexemple,
de casser le vide pour
remplir
un four de césium tous les deux ou trois mois. L’autonomie d’un telsystème dépasse largement
l’année.La
présence
de deux P.M.O.implique
de doubler certaineschaînes,
ou élémentsexpérimentaux :
doublecellule,
double pompe àvide1,
doublecompensation
dechamp magnétique.
En revanche un seul laser maître est suffisant. Ilinjecte
deuxdiodes esclaves de
puissance qui
délivrent les faisceaux dechaque piège.
Un laserrepompeur
unique
est utilisé pour les deuxpièges.
Parailleurs,
dans lacomparaison
avec un
montage
avec unjet ralenti,
il ne faut pas oublier que celui-ci nécessite aussides lasers
supplémentaires
pour le ralentissement des atomes avant leurcapture.
Dans le document
Cavité gravitationnelle et optique atomique temporelle
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