Comme nous l’avons expliqu´e au paragraphe pr´ec´edent, nous avons d´ecid´e de travailler dans l’´etat fondamental F = 4 de sorte `a diminuer le taux de d´epompage hyperfin. Pour cela, il faut changer les fr´equences des faisceaux laser. Les nouvelles fr´equences sont repr´esent´ees graphiquement dans la figure 8.9, ce sont celles de la configuration 3 du tableau 8.1. Le r´eseau optique doit
F=3 F=4 F’=3 F’=4 F’=2 F’=3 F’=4 F’=5 Pumper D1 line Lattice D2 line 10 GHz Repumper
Fig. 8.9: Fr´equences des lasers dans la configuration 3.
ˆetre d´esaccord´e d’environ 10 GHz dans le rouge de l’ensemble des transitions
F = 4 → F0 de la raie D
2. Le laser pompe doit ˆetre accord´e au voisinage de
la transition F = 4 → F0= 4 de la raie D
1. Quant au laser repompeur, il est
accord´e sur la transition F = 3 → F0= 4 de la raie D 2.
8.6.1
R´esultats exp´erimentaux
Dans le but d’observer un signe de refroidissement sideband, nous avons r´ep´et´e la mˆeme exp´erience o`u nous enregistrons le signal de fluorescence d´etect´e au centre du jet atomique en fonction de la fr´equence du laser pompe. Nous avons balay´e la fr´equence sur les transitions F = 3 → F0= 3, 4 de la raie
D1 du c´esium en 100 s. Les r´esultats que nous avons obtenus sont pr´esent´es
dans la figure 8.10. Nous constatons qu’il n’y a toujours pas de collimation. Notez que nous avons enregistr´e cette courbe avec la fr´equence du r´eseau optique d´esaccord´ee environ 5 GHz en-dessous des transitions F = 4 → F0
car il s’est av´er´e difficile d’aller jusqu’`a 10 GHz. Toutefois, des travaux sont en cours pour augmenter ce d´esaccord.
8.6. Exp´erience dans la configuration 3 153 3 2 1 0 Fluorescence signal [mV] 2000 1500 1000 500 0 -500
Pumping beam detuning with respect to D1 F=4 → F'=3 [MHz]
43' 44'
Fig. 8.10: Signal de fluorescence d´etect´e au centre du jet atomique en fonction de la fr´equence du laser pompe, dans la configuration 3 des faisceaux laser (tableau 8.1). Nous avons obtenu ce graphe en balayant la fr´equence du laser pompe sur les transitions F =
3 → F0= 3, 4 de la raie D
1du c´esium en 100 secondes. Le r´eseau optique est libre, environ
5 GHz en-dessous des transitions F = 4 → F0, sa polarisation est donn´ee par α = 22.5◦,
et sa puissance vaut 190 mW. Le repompeur est accord´e sur la transition F = 3 → F0= 4
de la raie D2, sa polarisation est lin´eaire dans le plan de collimation, et sa puissance vaut
environ 100 µW. La polarisation du faisceau pompe est lin´eaire verticale et sa puissance vaut 2 mW. B = 0 ± 10 mG. Nous avons calibr´e l’´echelle de fr´equence en utilisant le signal d’absorption satur´ee du laser pompe.
8.6.2
Discussion
Nous n’avons toujours pas observ´e de refroidissement sideband Raman d´eg´en´er´e par effet Stark dynamique. Voici une liste des raisons probables :
1. Il est probable que la puissance du faisceau laser pompe soit insuffi- sante. En effet, si nous disposions de plus de puissance, nous pourrions diminuer le taux de pompage hyperfin, tout en conservant le mˆeme d´eplacement lumineux, en augmentant le d´esaccord ∆ et l’intensit´e I de fa¸con `a garder le rapport I/∆ constant. Une solution `a ce probl`eme serait d’amplifier la lumi`ere du laser pompe avec une diode laser in- ject´ee.
2. Il faut augmenter le d´esaccord du r´eseau optique par rapport aux tran- sitions atomiques. La raison principale est la suivante. Si le d´esaccord est plus grand, la profondeur des puits est plus petite et les fr´equences de vibration aussi. Ainsi, le d´eplacement lumineux que doit provoquer le laser pompe est plus petit, donc le taux de pompage hyperfin aussi. 3. Il est possible que le champ magn´etique r´esiduel ne soit pas assez faible. En effet, id´ealement il faudrait avoir B = 0 `a quelques milligauss pr`es. Toutefois, pour des raisons pratiques, nous connaissons le point B = 0 avec une incertitude d’environ 10 mG, et ce n’est peut-ˆetre pas suffi- sant. Une solution `a ce probl`eme consisterait `a utiliser des blindages magn´etiques.
154 Chapitre 8. Refroidissement sideband Stark
Avant de poursuivre, il serait bon d’avoir une estimation des caract´eristiques du faisceau laser pompe (intensit´e et d´esaccord) qui permettent d’obtenir un d´eplacement lumineux suffisant tout en limitant le taux de pompage hyperfin. C’est l’objet du paragraphe suivant.
8.7
Estimation des caract´eristiques du laser
pompe
L’objectif de ce paragraphe est d’obtenir une estimation de l’intensit´e et du d´esaccord du laser pompe dans le but d’observer du refroidissement side- band Stark. Rappelons que ce laser joue deux rˆoles distincts. D’une part, il doit pomper les atomes pour terminer le cycle de refroidissement sideband, et d’autre part, il doit provoquer un d´eplacement lumineux qui est ´egal `a la diff´erence entre niveaux vibrationnels. En exploitant les connaissances acquises avec le refroidissement sideband d´eg´en´er´e par effet Zeeman, nous pouvons estimer les valeurs du taux de pompage optique et du d´eplacement lumineux, et par cons´equent l’intensit´e et le d´esaccord du laser pompe.
8.7.1
Taux de pompage optique
Nous d´esirons estimer le taux de pompage optique en comparant notre situation `a celle du refroidissement sideband d´eg´en´er´e par effet Zeeman. Tou- tefois, nous ne pouvons pas nous r´ef´erer au sch´ema de S. Chu o`u le laser pompe est accord´e sur la transition F = 3 → F0 = 2 car cette transition
ne provoque pas de pompage hyperfin, et c’est l`a notre probl`eme principal avec le refroidissement Stark. Il faut donc se r´ef´erer `a la situation de pom- page σ+ du paragraphe 7.4 avec le laser pompe accord´e sur la transition
F = 3 → F0 = 3. Dans cette situation, nous avons observ´e du refroidisse-
ment sideband `a faible puissance de pompe (voir le graphique (a) de la figure 7.5) et du r´echauffement provoqu´e par le pompage hyperfin `a forte puissance (voir la figure 7.6). Commen¸cons par estimer la valeur du taux de pompage hyperfin de la situation `a faible puissance de pompe. Elle est donn´ee par3 :
γhf
p = ae0g s0Γ/2
1 + s0 + (2∆/Γ)2
(8.1)
o`u :
– ae0g est le rapport de branchement en emission spontan´ee. Pour la tran-
sition F0= 3 → F = 4 de la raie D
2, il vaut a304 = 1/4 (table A.5).
– s0 est le param`etre de saturation `a r´esonance.
– ∆ est le d´esaccord du laser par rapport `a la transition atomique.