L’enceinte ` a vide

Les figures 4.3 et 4.4 pr´esentent une vue globale du montage avant et apr`es les modifications Leur comparaison montre les pi`eces qui ont ´et´e ajout´ees. Sous l’ancienne enceinte `a vide a ´et´e ajout´ee une enceinte o`u l’on a install´e le d´etecteur ainsi qu’une jauge de pression et la pompe turbo-mol´eculaire 200 L/s. La pompe 500 L/s a ´et´e d´eplac´ee au-dessus, sur une troisi`eme enceinte `a vide, o`u l’on a aussi install´e la pompe«getter»et le spectrom`etre de masse. La petite ´epaisseur entre l’enceinte `a vide principale et celle du

bas est une vanne tiroir `a joint VITON®qui permet, pour de courtes dur´ees<sup>1</sup>, et sans casser le vide dans le reste du montage, de remettre `a pression ambiante l’enceinte du bas pour manipuler le d´etecteur. Dernier changement : le pot `a azote et le doigt froid qui se trouvaient entre les deux bobines Zeeman ont ´et´e remplac´es par un d´etecteur Faraday (voir section 4.3).

En concevant le plan des nouvelles enceintes, on a suivi plusieurs lignes directrices : au premier plan il s’agissait d’inclure le nouveau d´etecteur (voir chapitre 3) et un d´ etec-teur sp´ecifique pour les ions (voir section 4.4). Il fallait aussi permettre une manipulation optique des atomes plus ais´ee, et optimiser le pompage par sublimation de titane.

Un premier essai de manipulation optique des atomes a ´et´e r´ealis´e avec des faisceaux Raman, sur l’ancien montage. Comme expliqu´e au 1.3.5.2, le but ´etait de transf´erer les atomes dans le sous-niveau magn´etique non-pi´egeant m = 0 afin d’am´eliorer la d´etection, mais cela n’a pas donn´e de r´esultat probant. Nous avons notamment souffert du fait que les galettes ont une surface m´etallique et r´efl´echissaient ou diffusaient une partie de la lumi`ere. Nous avons ainsi observ´e des atomes qui, au lieu d’ˆetre `a vitesse nulle, avaient une vitesse ´equivalente `a deux fois la vitesse de recul. Cela ne s’expliquait que dans la mesure o`u il existait un faisceau r´efl´echi. Pour ´eviter ce probl`eme, on a besoin d’un nouvel acc`es optique. Nous avons ainsi am´enag´e deux acc`es optiques, `a ±7˚par rapport `a la verticale, dans le plan perpendiculaire au champ magn´etique. On a ajout´e les piquages n´ecessaires au sommet du montage, et sur l’enceinte du bas on a r´eserv´e l’espace requis pour ajouter deux miroirs sous vide et les hublots qui permettront de sortir les faisceaux. L’angle a ´et´e calcul´e pour que les faisceaux passent dans l’enceinte sans rencontrer aucune pi`ece. En particulier, ils ne devraient pas voir le d´etecteur (voir figure 4.5).

La sublimation de titane pose aussi des probl`emes lorsqu’on modifie les enceintes `a vide. Le titane est stock´e sur un filament que l’on chauffe pour le sublimer et produire ainsi du titane gazeux qui va se d´eposer ensuite sur les parois. Ce titane g´en`ere un pompage d’autant plus efficace que la surface couverte est importante. C’est la raison pour laquelle on fonctionnait d´ej`a avec un filament de titane mis directement sous vide dans l’enceinte, sans protection. Ces protection sont des ´ecrans qui ´evitent que le titane n’aille se d´eposer n’importe o`u. Mais elles limitent la vitesse de pompage de deux mani`eres : premi`erement elles diminuent la vitesse de pompage effective en retranchant la pompe derri`ere un ´ecran, et deuxi`emement, en confinant le titane dans la pompe, elles restreignent ´enorm´ement la surface couverte. C’est pourquoi le filament de titane

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etait mis presque au centre de l’enceinte. Cela lui permettait de recouvrir une surface tr`es importante.

L’ennui est que le titane n’est pas transparent, donc il ne faut pas en mettre sur les hublots. Et il ne faut pas non plus en mettre sur le d´etecteur car il modifierait la qualit´e de la surface, ne serait-ce que par sa conductivit´e ´electrique. Or, dans la nouvelle configuration, le d´etecteur n’est plus prot´eg´e automatiquement, et de plus on a ajout´e des hublots pour augmenter l’acc`es optique. Le sch´ema 4.6 pose le probl`eme et pr´esente la solution retenue.

Pour prot´eger le d´etecteur, la solution na¨ıve consiste `a renfoncer le filament dans

1Le vide limite garanti par le constructeur n’est que de 10⁻¹⁰ mbar. Cependant le taux de fuite est faible (≤1.10⁻⁹ mbar.L/s), ce qui ´evite que la pression ne remonte trop vite. Tant que l’enceinte du bas ne reste pas trop longtemps `a pression ambiante, on peut donc consid´erer que le vide est maintenu dans l’enceinte `a vide principale. En temps normal, la vanne est ouverte et les deux parties sont sous ultra-vide, donc cela n’a aucune incidence.

( vue de côté )

Fig. 4.5 – Acc`es optique pour les faisceaux annexes (transition Raman, manipulation des atomes). On a repr´esent´e l’enceinte vue de cˆot´e avec en trait tiret´e les faisceaux lumineux. En gris clair, les miroirs sous vide et les hublots ne sont pas encore mis.

turbo

a) b) c)

Fig. 4.6 – Le probl`eme pos´e par la sublimation de titane : le d´etecteur et les hublots du haut sont expos´es (b) alors qu’avant ils ne l’´etaient pas (a). La solution retenue (c) : le d´etecteur est prot´eg´e par la vanne, et les hublots sont assez ´eloign´es pour ˆetre mis `a l’abri par les brides rentrantes. L’enceinte est vue de face (dans l’axe du jet d’atomes).

un piquage lat´eral. Mais cela aurait beaucoup diminu´e la surface couverte de titane par la sublimation. On r´esout le probl`eme en fermant la vanne lors de ces phases de sublimation. L’enceinte du bas est alors isol´ee, et cela autorise `a placer le filament o`u l’on veut dans l’enceinte principale. C’est donc un autre int´erˆet d’avoir ajout´e la vanne tiroir. Cela n’est cependant pas parfait : car la surface de la vanne couverte de titane est ensuite presque cach´ee lorsque la vanne est rouverte. On perd donc de la surface.

Mais c’est n´eanmoins pr´ef´erable `a la solution « na¨ıve » en terme de surface. De plus, cela place le filament plus au centre de l’enceinte, et le titane peut donc ˆetre d´epos´e au plus pr`es du pi`ege d’atomes. On peut en mettre sur la face int´erieure de l’une des deux brides rentrantes, `a 1,5 cm environ du pi`ege. Cela augmente aussi la vitesse de pompage effective.

Pour prot´eger les hublots, on a calcul´e le placement du filament. Il est mis sur le mˆeme piquage que sur l’ancien montage, ce qui garanti qu’il reste invisible aux hublots qui existaient d´ej`a : pour le ralentissement Zeeman, et pour les trois faisceaux du pi`ege magn´eto-optique. On calcule ensuite de combien on peut l’avancer au maximum dans l’enceinte `a vide sans qu’il soit en vision directe des hublots du haut. La figure 4.6 illustre la solution. On y voit en particulier le rayon limite qui rase la bride rentrante et ne parvient pas au hublot : les hublots sont prot´eg´es par les brides rentrantes d’une part, et d’autre part ils sont en retrait, au fond de leur piquage. La situation optimale a ´et´e calcul´ee par trigonom´etrie, et la solution finale a ´et´e v´erifi´ee au bureau d’´etude du laboratoire grˆace au logiciel CATIA. Quant `a l’exp´erience, elle a montr´e qu’effectivement on peut sublimer sans mettre de titane sur les hublots.