Formation du pi` ege dipolaire crois´ e

La premi`ere ´etape consiste `a faire passer le faisceau aller `a travers le pi`ege magn´eto-optique, en r´egime de faible focalisation. On dispose donc, dans cette configuration, d’un pi`ege dipolaire dont le waist est de l’ordre de w0 = 16 µm.

Figure 3.20: Observation, en fluorescence `a 795 nm, du pi`ege dipolaire form´e par un seul faisceau, en r´egime de faible focalisation. Pour l’image du centre, le faisceau est align´e sur l’axe optique, contrairement aux autres, pour lesquelles le laser s’en ´ecarte. On peut d’ailleurs remarquer que l’imagerie permet de voir le profil gaussien du faisceau.

Pour observer les atomes, on utilise la transition 5S1/2(F = 2) → 5P3/2F = 2. En effet,

c’est dans le sous-niveau fondamental F = 2 que les atomes sont pi´eg´es dans le pi`ege magn´eto- optique. En d´epla¸cant la sonde sur le bleu de cette transition, on peut observer l’image d’un nuage d’atomes, pi´eg´es au niveau du col du faisceau. Les images, repr´esent´ees sur la figure 3.20, ont ´et´e obtenues avec une puissance pi`ege de P = 13 mW et un d´esaccord δ2 = −100 GHz. La

sonde, dont la puissance est de l’ordre de 100 µW, a un d´esaccord bleu de l’ordre de ∆D1 ' 30

MHz, valeur compatible avec le d´eplacement maximal de la raie D1, alors de l’ordre de 60 MHz.

Dans ces conditions, une int´egration de 200 ms sur la cam´era CCD permet d’observer le pi`ege avec un tr`es bon rapport signal/bruit.

Pour obtenir de telles images, la position de la lentille L2 de l’imagerie n’est pas tr`es critique.

En effet, avec une longueur de Rayleigh de zr= 1 mm, la forme cylindrique du pi`ege dipolaire

r´ealis´e explique ce ph´enom`ene. Apr`es sa mise en forme, le faisceau retour passe ´egalement `a travers le pi`ege magn´eto-optique. Ses caract´eristiques ´etant semblables `a celle du faisceau aller, on observe alors un second pi`ege dipolaire, voisin du premier, comme le montre la figure 3.21 (a).

Pour obtenir le pi`ege crois´e, on d´eplace le faisceau retour pour le superposer `a l’aller. Cepen- dant, plus les deux pi`eges sont proches, moins ils sont lumineux et ils finissent par disparaˆıtre, comme le montrent les images (b) et (c) de la figure 3.21. En effet, on est confront´e `a deux difficult´es. La premi`ere concerne les d´eplacements lumineux : en configuration lin. k lin., les interf´erences entre l’aller et le retour donnent naissance `a une intensit´e quatre fois sup´erieure `a celle d’un faisceaux seul, d´epla¸cant d’autant la raie D1 sond´ee. La sonde doit donc ˆetre d´ecal´ee

3.7. R ´ESULTATS EXP ´ERIMENTAUX 97

Figure 3.21: Observation en fluorescence, `a 795 nm, des pi`eges dipolaires form´es par le faisceau aller et le faisceau retour. En (a), les deux pi`eges sont ´eloign´es, mais quand on essaie de les rapprocher (b) et (c), la fluorescence diminue.

quatre fois plus vers le bleu pour observer le pi`ege crois´e.

D’autre part, la mise au point, qui n’´etait pas du tout critique pour un faisceau unique, le devient beaucoup plus dans le cas du pi`ege crois´e. De la forme de cylindre tr`es allong´e, le pi`ege crois´e devient une sph`ere de quelques microns de rayon. Ainsi, il est peu probable que la mise au point, utilis´ee pour l’observation des deux pi`eges simples, soit encore bonne pour l’observation du pi`ege crois´e.

La m´ethode utilis´ee consiste alors `a superposer les deux lasers pi`eges, de fa¸con `a faire dis- paraˆıtre apparemment le pi`ege dipolaire. Ensuite, on diminue l’intensit´e des faisceaux du pi`ege, afin de diminuer les d´eplacements lumineux et les rendre compatibles avec la fr´equence de la sonde. On obtient alors, sur la cam´era CCD, un signal de fluorescence tr`es faible, correspondant `

a un objet compl`etement d´efocalis´e. On corrige alors la mise au point et le pi`ege crois´e apparaˆıt. La figure 3.22 repr´esente l’image du pi`ege dipolaire crois´e observ´e sur la cam´era CCD, avec un temps d’int´egration de 200 ms. En parall`ele, on a trac´e le profil tridimensionnel correspondant `

a l’image observ´ee.

Sur la cam´era CCD, on peut v´erifier la taille du pi`ege obtenu. Sachant que le grandissement est de l’ordre de G = 20, un pixel correspond `a 1.25 µm. En effectuant une coupe de l’image, comme le montre la figure 3.23, on obtient un profil d’intensit´e que l’on peut ajuster par une gaussienne. On mesure ainsi une largeur totale `a mi-hauteur de 11 µm. Pour un waist de 16 µm, cette valeur est un peu faible, mais il faut noter que ce signal n’est pas dˆu `a tous les atomes du pi`ege dipolaire, mais seulement `a ceux qui ont le d´eplacement lumineux ad´equat pour ˆetre en r´esonance avec la sonde.

Nous avons enfin pu v´erifier l’effet de la polarisation du retour sur la valeur des d´eplacements lumineux. Avec un d´esaccord δ2 = −200 GHz, et une puissance de 13 mW, on a une image

optimale, pour un pi`ege seul, avec une sonde d´esaccord´ee de ∆D1 = 10 − 20 MHz. Dans la

configuration lin. ⊥ lin., o`u l’intensit´e n’est multipli´ee que par deux, la sonde doit ˆetre d´eplac´ee de ∆D1 = 30 − 40 MHz, correspondant au double du cas d’un faisceau unique. Enfin, dans la

configuration lin. k lin., il faut d´esaccorder la sonde vers le bleu de ∆D1 = 70 − 90 MHz. A

la vue de ces diff´erents d´eplacements lumineux, on comprend qu’il est impossible d’observer ces trois configurations avec un mˆeme d´esaccord de sonde. De plus, on retrouve des profondeurs de pi`eges du mˆeme ordre que celles qui ont ´et´e utilis´ees dans le cas du pi`ege dipolaire observ´e par absorption.

Figure 3.22: Pi`ege dipolaire crois´e. A droite, image observ´ee sur la cam´era CCD en deux dimensions. A gauche, vision tridimensionnelle du profil d’intensit´e correspondant. Le temps d’int´egration de la cam´era CCD est de 200 ms.