2.4 Vers la condensation de Bose Einstein
3.1.1 Ligne Laser D2
La figure 3.1.1 représente le banc optique de la ligne D2 avant le doublage en fréquence. Cette partie est complètement fibrée et l’objectif est de générer les fréquences du Principal et du Repompeur avant l’amplificateur telecom tout en contrôlant avec précision leur ratio de puissance.
Une diode DFB (distributed feedback) (ORTEL 1782-ANM-063-55-FC-PM) centrée à 1534 nm, alimentée par une alimentation maison délivrant un courant allant jusqu’à 400 mA, asservit en température par un contrôleur Thorlabs et déli- vrant une puissance de 63 mW est utilisée. Cette source fournit le laser qui servira à produire le faisceau principal et le faisceau Repompeur de la raie D2. Un prélè- vement est effectué pour pouvoir faire l’asservissement en fréquence du laser ( cf section 3.3). La partie Principal est séparée en deux faisceaux de même puissance correspondant au laser Principal et au laser Repompeur. Chacun de ces faisceaux passe dans un AOM (A&A MT160-B10-IIR30-Fio-PM0,5-J1-A-(s-)-VSF) centré à -160MHz pour le Principal et un AOM (Gooch & Housego T-M110-0.2C2J-3- F2P) +110 MHz pour le Repompeur. Soit une différence de 270 MHz. Chacun de ces AOM a une accordabilité de ±15MHz qui est contrôlée à l’aide d’un VCO (Voltage Controlled Oscillator) Mini Circuit (ZOS-200+ pour l’AOM à -160MHz et ZOS-150+ pour l’aom à 110 MHz) dont la courbe de calibration est représentée figure 3.1.2. On peut faire varier l’écart de fréquence sur une plage de 240 Mhz à 300 Mhz. L’écart de fréquence entre les deux lasers pour des désacords nuls est de ∆Lasers= 254.1− 8.4 − 5.0 = 240.7MHz soit −10Γ ≤ δ2≤ 0Γ avec Γ = 6MHz la largeur de la transition. Comme expliqué dans la partie II.3, nous travaillons toujours avec un désaccord dans le rouge pour le laser Principal et pour le Re- pompeur soit δ2P≤ 0 et δ2R≤ 0. De plus, le désaccord du Principal sera toujours plus important (en valeur absolue) que celui du Repompeur soit δ2≤ 0. En faisant varier la fréquence de ces deux AOM on fait varier δ2. Le contrôle de δ2n’est pas suffisant si on veut contrôler les désaccords du Principal et du Repompeur δ2Pet δ2R. Il faut pouvoir contrôler un autre paramètre ∆2= δ2P+ δ2R qui correspond au désaccord global des deux lasers par rapport à leur transition. Ce paramètre est contrôlé grace au modulateur de phase du système d’asservissement en fré- quence (cf section 3.3). On a un contrôle total de δ2P et δ2R qui nous permet de faire toutes les rampes en fréquences nécessaires au refroidissement doppler du 41K. Avant de pouvoir vérifier la capacité de notre système à répondre aux be- soins établis précédemment il est nécessaire de prendre en compte le doublage en
CHAPITRE 3. SYSTÈME LASERS 80
FIGURE3.1.1: Schéma de principe de la ligne laser fibré de la raie D2. Une source
laser monochromatique est envoyée dans deux AOM afin de produire le laser Pin- cipal et le laser Repompeur. Un système d’asservissements (1et 2) à deux niveaux permet de contrôler le ratio qui sera envoyé sur les atomes. Enfin une diode “bal- laste” et un asservissement (3) permettent d’assurer, en toute circonstance, de la présence d’une puissance optique en entrée de l’amplificateur erbium. Le montage réalisé pour la raie D1 est identique. Seule la diode DFB et la diode “Ballaste” ont des longueurs d’ondes différentes.
CHAPITRE 3. SYSTÈME LASERS 81 120 110 100 90 80 70 Fréquences [MHz] 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Tension [Volt]
FIGURE 3.1.2: Courbe de calibration des VCO. On peut voir que la réponse est linéaire ce qui facilite le contrôle des la fréquence des AOM, notamment lors des séquences où la fréquence va varier.
fréquence éxpliqué dans la partie II.5.
En sortie de ces AOM, nous utilisons un asservissement en puissance à deux niveaux afin de pouvoir contrôler le ratio de puissance du laser Principal et du laser rempompeur envoyé vers les atomes tout en garantissant leurs stabilités. Un pre- mier prélèvement est effectué en sortie de l’AOM du Repompeur puis envoyé dans un boitier analogique conçu et réalisé à l’aide de l’atelier électronique du labora- toire (detail en Annexe). Ce boitier qui rétroagit sur la puissance RF de l’AOM du Repompeur à l’aide d’un Mixeur RF (Mini Circuit ZR-3H-S+) va nous permettre de contrôler et d’asservir la quantité de Repompeur que nous voulons envoyer dans l’amplificateur laser avant le doublage. Ce système d’asservissement est un asservissement à deux niveaux car on effectue un deuxième prélèvement après le rassemblement des deux faisceaux envoyés à un deuxième boitier analogique identique au précendent. Ce boitier rétroagit sur l’AOM du Principal et garantit une puissance total constante PP+ PR= Cste. Ainsi on va pouvoir choisir le ratio de cooling et de Repompeur que l’on souhaite avant doublage. A l’aide des VCO et des asservissements en puissance sur les AOMs, on va pouvoir faire toutes les rampes en fréquence que l’on souhaite tout en maintenant des puissances stables et en contrôlant le ratio de puissance de Principal et de Repompeur. Une fois en- core il est nécessaire de prendre en compte les phénomènes non linéaires liés au doublage afin d’avoir les courbes de calibrations des ratios de puissances.
CHAPITRE 3. SYSTÈME LASERS 82 En plus de cette partie qui génère le Principal et le Repompeur, nous avons ajouté un dernier étage au système fibré qui va servir de sécurité pour l’amplifi- cateur fibré. En effet, l’amplificateur fibré dopé à l’erbium (Quantel EYLSA-A- 1533) est saturant et nécessite une puissance laser d’entrée permanente et suffi- samment importante, de l’ordre du mW, pour ne pas se dégrader. Pour cela, on rajoute une deuxième diode DFB (ORTEL 1782B-NM-063-46-FC-PM) centrée à 1540 nm appelée Ballaste (voir figure 3.1.1). On effectue un prélèvement que nous envoyons dans un troisième boitier analogique. Cet asservissement rétroagit sur la deuxième DFB pour s’assurer que lorsque le laser à 1534 nm est coupé ou subit une perte de puissance il y a toujours une puissance d’entrée suffisante dans l’amplificateur erbium.
La longueur d’onde de la deuxième diode DFB a été choisie aux alentours de 1540 nm. Cette longueur d’onde se trouve en dehors de la plage de doublage du cristal PPLN. Ainsi, ce système de ballaste permet également de couper le laser doublé tout en gardant l’amplificateur allumé ce qui permet d’éviter toutes les réflexions parasites qui peuvent venir interagir avec les atomes en dehors des phases de refroidissement. Ce système de sécurité “On/Off” était au début conçu pour contrôler la puissance doublée (cf section 3.1.3) mais pour des difficultés techniques expliquées en 3.1.3 nous n’avons pas pu en tirer profit.
On arrive dans l’amplificateur avec une puissance de 1.04 mW.