Mise en ´ evidence du refroidissement de la m´ elasse

Avant d’´etudier la dur´ee de vie du pi`ege dipolaire, cette partie est destin´ee `a mettre en ´evidence l’effet de la m´elasse sur le chargement du pi`ege dipolaire. Pour cela, nous avons r´ealis´e la s´equence suivante :

• Tout d’abord, on charge le pi`ege dipolaire pendant 5 ms, afin d’atteindre le r´egime sta- tionnaire.

• Ensuite, on coupe le repompeur du pi`ege magn´eto-optique, afin de stopper l’effet de la m´elasse. En effet, sans ce faisceau, tous les atomes sont amen´es, par pompage optique, dans le sous-niveau fondamental F = 1, o`u ils sont insensibles aux faisceaux de la m´elasse. • Enfin, apr`es un d´elai de 10 ms, on r´e-allume le repompeur avant de couper finalement le

pi`ege dipolaire 5 ms plus tard.

Figure 4.15: Effet de la m´elasse sur le chargement. Une premi`ere courbe pr´esente la fluorescence mesur´ee lorsque l’on coupe, pendant 10 ms, le repompeur du pi`ege magn´eto-optique et que le pi`ege dipolaire est en marche. Une autre courbe de r´ef´erence a ´et´e enregistr´ee sans pi`ege dipolaire.

Les courbes ainsi obtenues sont repr´esent´ees sur la figure 4.15. On peut commencer par d´ecrire la s´equence qui a ´et´e enregistr´ee sans pi`ege dipolaire. A t = 7 ms, on coupe le repompeur. L’effet de cette coupure est quasiment imm´ediate : la fluorescence du pi`ege magn´eto-optique s’´ecroule, ce qui prouve que la m´elasse, qui ´etait responsable de cette fluorescence, n’a plus aucun effet de refroidissement sur les atomes, et que le pi`ege magn´eto-optique n’exerce plus non plus de force de rappel. On s’attend donc `a ce que, pendant cette phase, les atomes du pi`ege

magn´eto-optique s’´echappent. C’est d’ailleurs cette m´ethode que nous avons utilis´ee pour lˆacher les atomes du pi`ege magn´eto-optique et mesurer leur temp´erature [67].

Ensuite, lorsque l’on allume `a nouveau le repompeur, la fluorescence due aux atomes restants r´eapparaˆıt. On peut noter qu’en 10 ms, on a perdu pr`es de 60 % du signal. Enfin, on observe ´

egalement un rechargement du pi`ege magn´eto-optique qui se traduit par une augmentation lente de la fluorescence apr`es le nouvel allumage du repompeur.

Le profil de fluorescence enregistr´e pendant le mˆeme type de s´equence, mais en pr´esence du pi`ege dipolaire, poss`ede une forme un peu plus complexe. Avant la coupure du repompeur, on reconnaˆıt la phase de chargement mise en ´evidence au paragraphe 4.2.2. Ensuite, la coupure du repompeur provoque ´egalement un effondrement de la lumi`ere de fluorescence et, par con- s´equent, une inactivation de la m´elasse. Au nouvel allumage du repompeur, on observe un profil d’intensit´e assez singulier. Cependant, on reconnaˆıt deux ph´enom`enes simples. D’une part, on note un exc`es de fluorescence par rapport au cas o`u le pi`ege dipolaire est absent. Ceci traduit qu’une partie des atomes du pi`ege dipolaire a surv´ecu `a l’absence de m´ecanisme de re- froidissement. D’autre part, on reconnaˆıt le pic caract´eristique qui apparaˆıt `a la coupure du pi`ege dipolaire.

Par contre, juste apr`es la r´eactivation de la m´elasse, on observe ´egalement un pic, suivit d’une d´ecroissance lente de la lumi`ere de fluorescence. Une premi`ere remarque concerne sa hauteur, qui est du mˆeme ordre que celle du pic qui apparaˆıt `a la coupure du pi`ege dipolaire. Comme l’absence de refroidissement interdit tout chargement pendant que le repompeur est ´eteint, il est l´egitime de penser que ce signal est dˆu `a un nombre d’atomes ´egal ou inf´erieur `a ceux qui sont responsables du pic `a la coupure du pi`ege dipolaire. Et comme le signal est du mˆeme ordre de grandeur, les atomes voient donc des d´eplacements lumineux moins importants que dans le pi`ege dipolaire.

Figure 4.16: Comparaison entre un allumage du pi`ege dipolaire avant et apr`es l’inactivation de la m´elasse. La courbe grise correspond `a un chargement de 5 ms avant la coupure du repompeur. Pour la courbe noire, le pi`ege dipolaire est allum´e 2 ms apr`es l’extinction du repompeur, au niveau du rep`ere en pointill´es.

Une hypoth`ese raisonnable sur le sc´enario qui intervient lors d’une telle s´equence est que les atomes du pi`ege dipolaire, captur´es lors de la s´equence de chargement initiale, sont, dans le pi`ege dipolaire, `a une profondeur qui r´esulte de l’´equilibre entre le chauffage du pi`ege et le

4.3. EFFET DES PERTES `A DEUX CORPS ET DUR ´EE DE VIE 121

refroidissement de la m´elasse, qui devient de moins en moins efficace au fur et `a mesure que l’on descend dans le pi`ege dipolaire. Lorsque la m´elasse est inactive, seul le chauffage joue un rˆole et les atomes sont amen´es progressivement au bord du pi`ege dipolaire, o`u les d´eplacements lumineux sont moins importants. Et lorsque la m´elasse est `a nouveau active, elle permet de voir ces atomes avec de faibles d´eplacements lumineux, comparable `a ce qui se passe `a la coupure du pi`ege dipolaire. Enfin, comme elle les refroidit, elle diminue leur ´energie cin´etique et les replace donc `a la profondeur correspondant au r´egime stationnaire.

Pour v´erifier cette hypoth`ese, nous avons r´ealis´e un autre type de s´equence, qui est repr´esent´ee `

a la figure 4.16. Lors de cette s´equence, nous avons ´etudi´e si l’allumage du pi`ege dipolaire, apr`es la coupure du repompeur, permettait un chargement efficace. La courbe de r´ef´erence (grise) correspond `a une s´equence comparable `a celle du paragraphe pr´ec´edent, avec un temps de chargement du pi`ege dipolaire de 5 ms avant la coupure de la m´elasse, par l’interm´ediaire du repompeur. On reconnaˆıt toutes les caract´eristiques mises en ´evidence pr´ec´edemment.

Dans le cas o`u le pi`ege dipolaire est allum´e en l’absence de m´elasse, on attend 8 ms avant de r´eactiver le repompeur, ce qui laisse un temps suffisant au pi`ege dipolaire pour se charger, du moins si le m´ecanisme de chargement ´etait le mˆeme qu’en pr´esence de la m´elasse. Donc, si la m´elasse ´etait inutile au chargement du pi`ege dipolaire, on devrait observer le mˆeme profil au moment o`u on allume `a nouveau le repompeur, que dans le cas o`u le pi`ege a ´et´e charg´e `a l’aide de la m´elasse. Mais sur la courbe correspondante, on peut constater l’absence de remont´ee au moment de la r´eactivation de la m´elasse. Ainsi, on peut conclure que les atomes qui ´etaient responsables de ce pic, puis de la d´ecroissance, avaient ´et´e pi´eg´es avant la coupure du repompeur. Enfin, nous avons r´ealis´e plusieurs s´equences de ce type, pendant lesquelles nous avons fait varier le moment de l’allumage du pi`ege dipolaire autour de l’´ev´enement correspondant `

a l’extinction du repompeur. La figure 4.17 fait le bilan des diff´erentes tailles de pic, mesur´ees `a l’activation de la m´elasse. Lorsque le pi`ege dipolaire est allum´e avant la coupure de la m´elasse, la taille du pic varie lentement. Elle ´evolue essentiellement `a cause de la diminution de la dur´ee de chargement pendant laquelle la m´elasse est active. Par contre, il diminue tr`es rapidement d`es que le pi`ege dipolaire n’est allum´e que quelques millisecondes apr`es l’inactivation de la m´elasse. Ainsi, on peut conclure que quelques millisecondes apr`es la coupure de la m´elasse, le pi`ege dipolaire ne peut pas capturer d’atomes en l’absence de refroidissement.

Figure 4.17: Evolution de la taille du pic pr´esent `a la r´eactivation de la m´elasse, en fonction de la position de l’allumage du pi`ege dipolaire par rapport `a l’extinction du repompeur. L’origine des temps correspond `a l’extinction du repompeur. Les temps n´egatifs sont pris pour un allumage du pi`ege dipolaire avant la coupure du repompeur.

Jusqu’`a pr´esent, nous n’avons consid´er´e qu’un seul processus de chargement, provenant de l’effet conjugu´e de la force dipolaire de pi´egeage et de la force de friction induite par la m´elasse. Comme la force dipolaire est conservative et en l’absence de dissipation, un atome peut traverser le potentiel sans ˆetre pi´eg´e. Cependant, il peut arriver qu’`a l’allumage du pi`ege dipolaire, un atome soit d´ej`a dans la zone d’attraction. Dans ce cas, il verra brusquement son ´energie potentielle d´ecroˆıtre, sans augmentation de son ´energie cin´etique. Ce processus conduit donc ´

egalement `a un pi´egeage. Pour en ´evaluer la probabilit´e, il faut comparer la densit´e du r´eservoir n = 4 10−3 at/µm3 au volume de capture. En assimilant le pi`ege `a un cylindre de 1 µm de rayon et 4 µm de haut, on obtient un volume de : V = 13 µm3. Il y a donc, en moyenne, 0.05 atomes dans le volume de capture. La probabilit´e d’un tel ´ev´enement est donc faible, mais pas totalement improbable.