Recapture

2 Montage expérimental 7

2.3 Recapture

2.3.1 Transfert

Une fois le

piège

du haut

chargé,

on lance une

séquence d’optimisation

de la

température

et de la densité du _nuage.On effectue une

première phase

mélasse,

champ magnétique

est

coupé

et l’intensité des faisceaux du

piège

est réduite. Cette

phase

ne dure _{que 1}ou 2 ms. On _{passe ensuite à}une seconde

phase

mélasse, qui

dure 20 ms

environ,

où le désaccord est

changé

de 2 à 9 0393. Les atomes

sont ensuite

largués

par coupure des faisceaux lasers du

piège (§2.4),

et ils seront

capturés

par le

piège

du bas 340 ms

plus

tard. Dans la

séquence

de refroidissement il

n’y

a pas de

changement

polarisation

des faisceaux

pièges

lors de cette

phase.

polarisation

de la mélasse est la même _quecelle du

piège :

03C3+ - 03C3-. La

séquence

qui

consiste à laisser tomber les atomes

depuis

piège

du bas sur le miroir est

Suite à une augmentation incontrôlée de la pression de césium, il _ya eu une panne de la

pompe du haut Il n’était pas possible de réparer cette pompe sans casser le vide Pour éviter cela

(le

temps de redémarrage étant de l’ordre de deux

semaines),

nous avons arrêté la pompe

défectueuse et continué à travailler uniquement avec celle du bas Aucune dégradation du vide n’a été constatée Dans une nouvelle version de ce système, il doit être possible de concevoir un

FIG. 2.2 :

Temps

de vol de la cellule du haut vers la cellule du bas. On déduit de

temps

de vol une

température

de 3.3

03BCK.

Par comparaison avec un autre

temps

de vol

effectué

un centimètre au dessous du

piège,

dans la cellule du

haut,

on met

en évidence une transmission de

40 %. (Le système

à vide est un

prototype

utilisé

pour la mise au

point

transfert,

où il n’est _pas

possible

d’inclure le _prisme.Avec

système final la

transmission s’est avérée encore meilleure : ~ 50

%).

la même. L’ensemble des

paramètres

de ces

séquences,

désaccord de la

mélasse,

intensité des

faisceaux, champ magnétique

et bien sûr les

délais,

sont contrôlés _par le micro-ordinateur

qui gère l’expérience.

Pour les

expériences d’optique atomique,

il _ya

plus

de cent

paramètres expérimentaux gérés

de manière

informatique.

D’une cellule à l’autre

figure

2.2

reproduit

signal

temps

de vol des atomes

provenant

de la

première

chambre. La

température

de ces atomes est de 3.3

03BCK,

et en

comparant

temps

de vol à un

temps

de vol effectué dans la cellule du

haut,

on déduit une

efficacité de transfert des atomes d’une cellule à l’autre

pouvant

atteindre

50%.

Les

causes de

pertes

sont :

2022

géométriques

par étalement du _nuageet

collage

des atomes sur les

parois

tube de vide différentiel. C’est la cause

principale

pertes,

le transfert de

50%

est à _peu

près

la valeur

optimale

attendue pour une

température

de 3.3

2022 dues à une mauvaise inclinaison du

système.

C’est un cause de

perte

négligeable.

L’assiette de l’ensemble de la structure à vide

peut

être

réglée,

précision angulaire

étant meilleure _que

10-3

radian. Le

réglage

de la

ver-ticalité de la structure s’effectue à l’aide de fils à

plombs!

2022 dues aux collisions avec la _vapeurde césium

présente

dans la cellule du haut.

C’est une cause en

général négligeable.

2022 dues à la déflexion des

trajectoires

par des

gradients

champ magnétique.

Cette cause de

pertes

est

également négligeable

pour ce

montage.

D’un

piège

à l’autre

figure

2.3

reproduit

signal

de fluorescence du

piège,

au moment où le

paquet

^d’atomesarrive en bas. La vitesse de ces atomes est alors de 4

m/s environ,

et il sont facilement

capturés

par le

piège

du bas. Une vitesse de

capture typique

pour un P.M.O. est 15

m/s ;

système

de ralentissement

supplémentaire

est donc inutile.

50%

des atomes de la mélasse du haut arrivent bien en

bas,

le rendement

global

du transfert d’un

piège

l’autre,

mesuré en

comparant

les fluorescences des deux

pièges,

est

plus

faible. Il semble _{que seuls}

20%

des atomes soient

recapturés.

Les causes de non

restent d’ailleurs assez

mystérieuses.

FIG. 2.3 : Fluorescence de la zone de

piègeage

à l’instant de

recapture.

temps

pratique

on collecte dans le

piège inférieur,

avec une cadence de 1 à 2

seconde,

20.

106

atomes avec des observations allant

jusqu’à

60.

106

atomes.

Remarquons

que

habituellement,

le faisceau _repompeurest

mélangé

dans deux bras de directions différente du P.M.O. Dans le cas du

piège

bas,

ce n’est _pas

nécessaire,

mélanger

le repompeur à un seul des faisceaux

piège

suffit à assurer

le fonctionnement

optimal

piège.

Stabilité du

système

Le tube de vide différentiel est emboîté dans un autre tube

qui

lui-même est

posé

sur une bride

qui sépare

les deux

parties.

Les

blindages

des _{pompes sont}

posés

sur un

support, qui

repose sur la

table,

elle même en

suspension

sur un coussin d’air. Le

prisme

n’est _pas

fixé,

mais

simplement

emboîté dans un

support

en aluminium

posé

sur le fond de la cellule sans

fixation ;

support

reste en

place

par les seules

forces de friction. L’ensemble constitue un

système

très stable

qui

ne se

dérègle

pas

à l’échelle de

plusieurs

mois. La verticalité a une stabilité à l’échelle de l’année.

2.3.2 Dépendances par rapport à 03B4P.M.O. et dB/dz

FIG. 2.4 :

Signal proportionnel

au nombre d’atomes

recapturés

dans la cellule du

bas. La

recapture

est

effectuée

pour trois valeurs de

gradient

champ magnétique :

(a) dB/dz

= 10

G/cm, (b) dB/dz

= 15

G/cm, (c) dB/dz

= 20

G/cm en fonction

Nous avons étudié la

dépendance

du nombre d’atomes

recapturés

en fonction du désaccord des faisceaux

piège 03B4P.M.O

et du

gradient

champ magnétique dB/dz.

procédure

de mesure est la suivante : on

capture

un nuage pour un

couple

valeurs de

03B4P.M.O

dB/dz. Après quelques

dizaines de milli-secondes

(pour

être

sûr d’avoir atteint un état stationnaire du

piège),

on revient à des conditions de

piège identiques

pour ^toutesles mesures. On mesure alors la fluorescence du

piège

(le

retour à des conditions

identiques permet

de _comparerles mesures entre

elles).

Ces résultats sont

reproduits

dans la

figure

2.4. Le nombre d’atomes

recapturés

varie peu autour d’une valeur de 15

G/cm

gradient, qui

a été conservée par la

suite dans les

expériences,

et il est

optimum

à faible désaccord. On retrouve en

cela _quele mécanisme de

capture

dans un

piège

est

principalement

le "mécanisme

Doppler" [70],

et donc efficace à

petit

désaccord.

2.3.3 Chargement multiple

Une idée _quenous

pensions

initialement

exploiter

est le

chargement multiple

piège

du bas : celui-ci reste constamment allumé

pendant

que l’on

charge,

refroidit et lâche le

piège

du haut. Nous

espérions

ainsi

augmenter

le nombre d’atomes en bas _par

captures multiples

successives. En

pratique

cela n’a _pastrès bien fonctionné et nous avons

gagné

dans le meilleur des cas

30%

d’atomes. Une des limitations

importantes

est la

perte

d’atomes en

bas,

lors du _passageà

grand

désaccord nécessaire _pourle refroidissement en haut. Ce _passageest nécessaire dans le cas

particulier

de notre

montage

car le désaccord des deux

pièges

n’est _pas

indépendant (figure 2.7),

et le

piège

du bas subit inutilement un passage à

grand

désaccord.

Il faut toutefois

préciser

que lors de ces

essais,

configuration

des faisceaux du

piège

en bas était : un faisceau rétro-réfléchi

horizontal,

et dans le

plan

perpendic-ulaire à ce

faisceau,

deux faisceaux

pièges

faisant un

angle

45°

avec l’horizontale.

point

de croisement de ces faisceaux au dessus du

prisme

est déterminé _parles dimensions transverses du

prisme, qui impose

une hauteur de chute élevée. Nous

avons ensuite

changé

configuration

des faisceau

piège : figure

2.5. Un bras du

piège

passe verticalement _parle tube de vide différentiel. Pour conserver un

piège

en bas ce faisceau doit rester

résonnant,

mais il doit aussi être

coupé

au moment

du transfert et l’on ne

peut plus envisager

de transfert

multiple.

Nous ne concluons donc _pas

quant

à la

possibilité

d’effectuer des

chargements multiples plus

efficaces

avec un

dispositif plus approprié.

2.3.4 Couplage piège-cavité

Pour un

remplissage optimal

de la

cavité,

il est nécessaire de

régler

au mieux

position

piège.

Les bobines

qui produisent

gradient

champ magnétique

sont montées sur une

triple

translation et il est

possible

de les

déplacer

dans les

FIG. 2.5 : Il _ya deux

configurations envisageables

pour les

faisceaux pièges.

configuration (a) (hmin ~

cm) permet

chargement multiple

piège

bas,

alors _quela

configuratio (b)

l’interdit.

Cependant,

c’est cette dernière

configura-tion

qui

a été choisie

précisément

parce

qu’elle

autorise un P.M.O. au voisinage immédiat de la

surface

du _prisme.

au dessus du centre du

ménisque

à une hauteur

comprise

entre 1 et 5 mm au dessus du miroir. Au cours des

expériences,

la hauteur est restée aux alentours de 3.3 mm.

réglage

se fait avec une

précision

de l’ordre du dixième de millimètre.

séquence

de contraction et refroidissement du second

piège

est similaire à celle utilisée _{pour le}

piège supérieur.

Dans le document Cavité gravitationnelle et optique atomique temporelle (Page 33-38)