Le laser utilisé pour la création du réseau optique est un laser à 1064 nm, décalé vers le bleu de la transition 23S
1 → 23P . Pour chaque bras, l’amplitude du champ électrique est contrôlé au moyen de modulateurs acousto-
optiques et de photo-diodes placées juste avant l’entrée dans la chambre de science. Les deux MAO sont désac- cordés d’une centaine de kHz (figure 5.6) et l’interférence entre les deux faisceaux est expérimentalement vérifiée en récupérant les faisceaux à la sortie de la chambre à vide (figure 5.6) et en caractérisant le signal de battement due à la superposition de ces deux faisceaux de fréquences proches. Des lentilles sont également placés en amont de la chambre à vide afin que les faisceaux focalisent au niveau des atomes, le waist des faisceaux étant alors de 200 µm pour le réseau haut et de 400 µm pour le réseau bas. L’angle entre les deux faisceaux correspond à une
valeur de2θ = 166◦(figure 5.1). Laser 1064 nm + 200 MHz + 200 MHz 2 2 BEC MCP Réseau bas Réseau haut Réseau haut Réseau bas + δω/2π
FIGURE5.6. Représentation schématique du réseau de création de paire. À droite, un faisceau laser de longueur d’onde λ= 1064 nm est séparé en deux parties de même polarisation et dont le désaccord est controlé au moyen de modulateurs acousto- optique. La différence de fréquence entre les deux bras est de l’ordre de 100 kHz et la balance de puissance entre les deux bras est équlibrée. A gauche est représentée la chambre à vide avec le condensat, le MCP ainsi que les deux bras du réseau. Le condensat est maintenu immobile dans le référentiel du laboratoire grâce au piège dipolaire qui n’est pas représenté ici. Deux miroirs sous-vide permettent de récupérer les faisceaux du réseau après passage dans la chambre à vide.
5.3.1
Séquence expérimentale
Après obtention du condensat dans le piège dipolaire celui-ci est maintenu pendant que le réseau est allumé de façon adiabatique en100 µs (en augmentant progressivement la puissance RF fournie aux modulateurs acousto- optiques). Il est ensuite maintenu à pleine puissance, de l’ordre de 60 mW par bras pendant550 µs avant d’être éteint de façon adiabatique en100 µs également (l’adiabaticité du chargement et de la coupure est détaillée dans la sous-section suivante). Le piège dipolaire est alors coupé brutalement et les atomes, initialement dans le sous- niveau magnétiquem = 1 sont transférés dans le sous-niveau m = 0 au moyen d’un transfert Raman afin d’éviter les perturbations dûes à des champs magnétiques résiduels. La séquence expérimentale est schématisée sur la figure 5.7.
Création des paires
Piège dipolaire Transfert Raman
t (µs) -800 -600 -400 -200 0 200
| | | | | |
FIGURE5.7. Schéma du déroulement expérimental pour la création des paires. En fin d’évaporation, le piège dipolaire est laissé
à puissance constante pendant toute la durée du réseau de création des paires, soit 750 µs au total. Le réseau est allumé et éteint de manière adiabatique en 100 µs. Après la coupure du piège, un transfert Raman est effectué en 300 µs.
5.3.2
Adiabaticité du chargement
Pour charger de façon adiabatique le condensat dans le réseau, l’intensité des faisceaux lasers doit être aug- mentée de façon progressive pendant un tempsT qui doit vérifier, avec nos paramètres expérimentaux, T >> 1µs [28]. Pour s’assurer que le chargement est adiabatique, le réseau est éteint de la même façon qu’il a été allumé et nous vérifions qu’il n’y ait pas d’atomes diffractés dans des ordres supérieurs, aux impulsionsk0± 2nklat.
5.3.3
Alignement géométrique
Du fait de la présence des miroirs sous vide et de la position des hublots sur la chambre de science (figure 5.6), l’observation des deux bras du réseau en sortie de la chambre de science garantit déjà un pré-alignement satisfaisant des faisceaux. Un faisceau à résonance avec la transition 23S
1 → 23P est ensuite alternativement
superposé aux bras du réseau afin de pouvoir affiner cet alignement, ce faisceau ayant un effet destructif sur le condensat pendant la séquence expérimentale. Enfin, le réglage fin met à contribution la force dipolaire répulsive exercée par le laser à 1064 nm : chaque bras est aligné indépendamment en augmentant la puissance du faisceau laser et en faisant un trou centré dans le condensat (figure 5.8).
5.3.4
Profondeur du réseau
La profondeur du réseau est déterminée par oscillation de Rabi à deux photons par transition de Bragg : lorsque la profondeur est de l’ordre deElatil est possible de peupler le premier ordre de diffraction et la population de l’ordre
0 et du premier ordre de diffraction oscillent en fonction du temps d’interaction avec le réseau[75]. La fréquence de cette oscillation nous permet de déduire la profondeur du réseau. Sur la figure 5.9 chaque bras contient une puissance optique de 144 mW, nous trouvons une profondeur de2~Ω = 1, 04 Elat avecΩ la pulsation d’oscillation
trouvée expérimentalement. La puissance dans chaque bras du réseau étant linéairement reliée à la profondeur du réseau, nous en déduisons les puissances à utiliser pour chaque profondeur souhaitée qui est de0, 45 Erec.
-0.5
0
0.5
-0.5
0
0.5
k
y[k
lat]
k
x[k
lat]
0
10
20
30
40
FIGURE5.8. Image dans l’espace des impulsions (obtenue au MCP) d’un trou dans un condensat formé par un des bras du
réseau de création des paires, allumé à une puissance de 200 mW pendant 100 ms après la coupure du piège dipolaire. La géométrie est la même que celle de la figure 5.6 où un seul bras du réseau est allumé, l’autre bras étant éteint. Le bras allumé est bien aligné lorsque la figure obtenue est en anneau (comme sur l’image). Le bras est décalé si la figure obtenue à une forme de croissant.
5.3.5
Désaccord des bras du réseau
Le désaccord entre les deux bras du réseau fixe la vitesse du condensat dans le référentiel du réseau d’après la relation 5.6 et la vitessevlatdu condensat permet de déterminer la quasi-impulsion des paires créées d’après la
figure 5.4.
Dans le cadre de notre expérience d’interférométrie, les impulsions de Bragg utilisées imposent de coupler des classes d’impulsions espacées de0.55 vrec d’après la relation 2.4 donnée dans le chapitre 2. Nous devons alors
déterminer le désaccord du condensat afin que les modes respectant l’accord de phase soient espacés de0.55 vrec, conformément à la relation 2.7 : la différence de fréquence correspondante est de|δω/2π| = 105 kHz. Nous
pouvons vérifier expérimentalement que le désaccord fixé est le bon en mesurant ou bien le signal de battement des deux faisceaux du réseau superposés ou bien les densités atomiques des paires ainsi créées (figure 5.10).