Expérimentalement

2.2.2.1. Onde Stationnaire...

Un schéma de principe est présenté dans la Figure 2.3. Pour obtenir suffisamment de puissance, une configuration MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) est utilisée. Celle-ci consiste en deux lasers. Le premier est appelé « maître », et est généralement peu puissant (quelques dizaines de mW) et fin spectralement. Le second est un ampli- ficateur optique (dit « esclave »), qui comme son nom l’indique, amplifie de manière cohérente le laser maître.

Ce type de montage permet d’allier la finesse spectrale d’une diode en cavité externe ou d’une diode DFB (Distributed Feed-Back) à la puissance de l’amplificateur. En sortie de celui-ci, le faisceau passe par un modulateur acoustique (MAO) dont la partie projetée sur le premier ordre de diffraction est injectée dans une fibre optique monomode.

Le modulateur acousto-optique est un cristal de T eO2 dans lequel des ondes acous- tiques sont générées à l’aide d’un piézoélectrique situé sur une de ses extrémités. Leurs amplitudes et leurs périodes sont alors dictées par l’onde RF auquel est soumis ce pié- zoélectrique. La nature périodique du train d’ondes acoustiques induit une diffraction de Bragg sur le faisceau laser incident. Nous utilisons un modèle optimisé pour les

12345

627854

1λ−9A854

B9CDEFE2845

C8E4

2344543163 27895A

6B

  8 E4 643545 4CE3324 BC DDC E!54C8E4 694 2344543163127895A E5F316FA38 631 F

Figure 2.3.: Schéma du banc optique « MOPA », jusqu’au nuage de Césium.

ordres de diffraction ±1 (Crystal Technology 3200-124). Ce dernier possède une ef- ficacité selon la documentation technique de 70 %. Dans la pratique nous sommes montés à 80 %. L’intérêt de ce système est double. D’une part, le temps de montée de la puissance optique sur un ordre diffracté est de 10 ns. D’autre part, en contrôlant la puissance RF, l’intensité est contrôlée sur l’ordre choisi (+1 dans notre cas) et injectée dans la fibre optique.

Il faut noter qu’au préalable le faisceau a subi deux types de filtrage. Le premier filtre est une cellule de Césium. Celle-ci absorbe la composante en résonnance avec le Césium issue de l’émission spontanée des lasers maître et esclave. Le deuxième filtrage est spatial, et est accompli par une fibre optique monomode : en injectant le faisceau dans celle-ci, seule la composante spatiale TEM00 du champ électrostatique est couplée dans la fibre. Ainsi en sortant de celle-ci, le profil du faisceau vu par le nuage d’atomes est parfaitement gaussien.

Une fois dans la fibre, on prélève 1% de la puissance optique pour faire deux mesures. La première, à l’aide d’un puissance-mètre, permet de remonter à la puissance optique sur les atomes. La seconde est une mesure temporelle avec une photodiode rapide d’une bande passante de 150 MHz, grâce à laquelle nous pouvons faire des contrôles tels que l’efficacité de l’injection dans la fibre optique ou les temps de montée des « pulses ». En sortie de fibre, le faisceau est collimaté sur le nuage d’atomes puis rétro-réfléchi sur ce dernier, créant ainsi l’onde stationnaire, dont nous contrôlons l’intensité avec la puissance RF sur le modulateur acousto-optique.

2.2 Un potentiel sinusoïdal pulsé avec un laser

2.2.2.2. ...Pulsée

Créer une onde stationnaire n’est pas suffisant pour une réalisation expérimentale du rotateur frappé, il faut maintenant pouvoir l’allumer et l’éteindre avec des temps de commutation courts devant les durée typiques de pulses. Il faut de même pouvoir moduler la puissance diffractée (et donc injectée dans la fibre) de manière précise. Un schéma de principe est proposé dans la Figure 2.4. Un signal RF à 200 MHz d’une puissance de ∼ 8 dBm est généré par un synthétiseur. Pour moduler lentement l’amplitude de celle-ci, on la mélange à une tension basse fréquence Vmod (entre 0 et 100 kHz, selon le type de rotateur réalisé) générée par un générateur basse fréquence (GBF, aussi appelé générateur de fonctions) Agilent 33220A. En sortie de ce mélange : l’onde RF possède une enveloppe lentement variable. Sont ensuite branchés deux commutateurs rapides (dits « switchs ») dont le niveau d’atténuation total est de 60 dB et le temps de commutation est inférieur à 10 ns. Ceux-ci sont contrôlés par un train de d’impulsions TTL généré par un second GBF Agilent 33220A. L’onde RF ainsi conditionnée est alors amplifiée de +30 dB. Ainsi, selon la valeur de Vmod le modulateur acoustique voit jusqu’à 33 dBm, soit 2 W.

Nous avons donc deux GBF : l’un pour la modulation lente d’amplitude, l’autre pour la commutation rapide. Ceux-ci sont pilotés par norme GPIB (General Purpose Interface Bus) grâce à un ordinateur se chargeant de transmettre la fonction de modulation Vmod(t) et les paramètres de la séquence de pulses, tels que leur nombre, leur durée et leur fréquence. Le déclenchement des deux GBF est synchronisé sur une porte TTL issue de l’ordinateur, via les entrées dîtes « Burst » de ces deux derniers.

1234564789AB CDDEFE E 636B49ABE 9E34738 123456789A4BCDE2F 636B49ABE 9EE34738 12492F 123456789 A7 B92C875D7E 1 2 1745   DE !"A#8738EEEE 1745   DE $"#7 %& DE 123 1234546789AB7CD 13432

Figure 2.4.: Montage radio-fréquence du Modulateur Acousto-Optique (MAO).

Calibrage de la modulation d’amplitude On contrôle l’amplitude du pulse par une commande en tension Vmod(t) sur un mélangeur de fréquences. La puissance optique de l’onde stationnaire en sortie de fibre Psortie n’est pas proportionnelle à la tension

de modulation Vmod insérée sur l’autre voie du mélangeur. Cette non-linéarité a deux causes principales : le mélangeur qui est un élément passif à base de diodes et le modulateur acousto-optique dont la diffraction sur l’ordre +1 n’est pas strictement proportionnelle à la puissance RF reçu.

Il faut établir une fonction de transfert T telle que Psortie = T (Vmod). Pour calculer une telle fonction nous soumettons le mélangeur de fréquence à une série de tensions différentes et nous mesurons la puissance en sortie d’une des voies 0.5% de la fibre optique (voir Figure 2.5). Pour compléter, une interpolation linéaire est faite entre chacun de ces points. Étant donné le caractère régulier de cette courbe de calibration, des interpolations de types spline ou variantes plus complexes, ne sont pas nécessaires.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Pso r ti e /P m a x Vmod/Vmax

Figure 2.5.: Courbe de calibrage typique. On représente la puissance en sortie de fibre optique Psortie en fonction de la tension d’entrée sur le mélangeur Vmod. Le caractère

monotone de cette courbe nous assure qu’il existe toujours une fonction inverse.

Au final, la fonction de modulation programmée dans le GBF est Vmod(t) = Vmax.T−1 " Pmax (1 + ε)(1 + ε cos ω2tcos ω3t) # .

2.3. Vélocimétrie Raman

Une fois le train de pulses appliqué sur un nuage d’atomes suffisamment froid pour observer la dynamique quantique, nous avons besoin de mesurer sa distribution en impulsion. Pour cela il existe plusieurs techniques. La première, la plus courante, est une détection photographique : après avoir laisser diffuser dans l’espace le nuage, on le fait rayonner avec un faisceau résonant, une caméra CCD capte alors ce rayonnement et permet de remonter, via une dé-convolution, à la distribution en impulsion. La

2.3 Vélocimétrie Raman

Dans le document Test expérimental de l'universalité de la transition d'Anderson avec des atomes froids: Indépendance de l'exposant critique $\nu$ face aux détails microscopiques (Page 60-64)