2.5 Séquence expérimentale.
Dans cette dernière partie, je décris la séquence expérimentale dans ses grandes lignes telle que nous l’avons réalisée jusqu’à l’évaporation radio fréquence et telle que nous l’avons imaginée jusqu’à son but final. Les réalisations sont traitées plus en détail dans les chapitres 3 et 4 sur la puce millimétrique hybride et sur les résultats expérimentaux. La fin de la séquence expérimentale est traitée plus en détail dans le chapitre 5 sur les perspectives.
Chargement du piège magnéto optique 3D. La séquence
expérimentale commence avec le chargement du PMO3D à partir d’un jet refroidi transversalement par le PMO2D. Cette étape dure 1 s et consiste à capturer un maximum d’atomes et à les refroidir aux alentours de 100 µK. Les champs magnétiques (en
bleu ciel) et tous les faisceaux (en rouges) du PMO2D et du
PMO3D sont allumés. Les bobines BX (en bleu) sont parcourues par 2 A de manière à éloigner de la surface de la puce le centre du quadrupôle magnétique produit par les bobines du PMO3D (en
orange). Ceci permet de charger un plus grand nombre d’atomes
sans être limité par les collisions avec la surface du miroir.
Compression du piège magnéto optique 3D. La seconde
étape de 30 ms consiste à comprimer et approcher le nuage de la puce pour faciliter la capture par le piège magnétique. A partir de cette étape les faisceaux et champs magnétiques du PMO2D sont éteints. Pour comprimer le nuage les faisceaux PMO3D sont désaccordés progressivement vers le rouge jusqu’à −15Γ et le courant dans les bobines PMO3D (oranges) augmente progres-sivement jusqu’à 200 A. Au même moment le courant dans les bobines BX (bleues) diminue jusqu’à l’extinction pour appro-cher le nuage de la puce.
Mélasse optique. La mélasse optique vise à refroidir le nuage
jusqu’à une température de ∼ 10µK, pour faciliter le charge-ment dans le piège magnétique. Tous les champs magnétiques sont éteints et le laser refroidisseur est désaccordé à −18Γ. Le la-ser de re-pompe reste allumé jusqu’à la fin tandis que la puissance de refroidisseur diminue progressivement jusqu’à l’extinction.
Pompage optique. Pour transférer les atomes dans le sous
niveau magnétique le plus piégeant |F = 2, mF = +2i le faisceau pompe est allumé 2 ms. Ce faisceau (en rouge) est rétro réfléchi au centre du miroir de la puce. Les bobines BZ (vertes)sont brièvement allumées pour produire un champ de quelques Gauss dans l’axe du faisceau de pompage.
Capture des atomes dans le piège magnétique. la
cin-quième étape est la capture du nuage dans le piège magnétique. Ce piège est produit par l’addition des champs magnétiques pro-duits par les bobines BY (rouges) et le fil de la puce (aussi en rouge). Les bobines BX (bleues) permettent de modifier la profondeur du piège magnétique pour optimiser le chargement.
Compression et évaporation dans le piège magnétique.
La sixième étape est une étape de compression du piège ma-gnétique et d’évaporation forcée. Cette étape est complexe et se divise en plusieurs parties que je traite plus en détail dans le chapitre 4. Les courants dans les bobines BY (rouges), dans les bobines BX (bleues), et dans les fils en "I" de la puce (bleu) augmentent progressivement pour comprimer le nuage d’atomes. Les fils violets de la puce servent d’antenne radio fréquence pour forcer l’évaporation des atomes dans le piège magnétique.
2.5. Séquence expérimentale. 71
Évaporation en présence de résonance de Feshbach. La
septième étape permet de finir l’évaporation du nuage bi-espèces. Avec l’accroissement de la densité dans le nuage les collisions in-élastiques avec le rubidium 85 augmentent. Ce phénomène rend le refroidissement par évaporation dans un piège magnétique im-possible à partir d’une certaine température. Nous utiliserons alors les résonances de Feshbach pour modifier les longueurs de diffusions inter-atomiques. Pour cela le nuage sera transféré dans un piège optique dipolaire croisé pour terminer son évaporation en présence d’un champ magnétique homogène produit par les bobines BZ (vert). Le miroir de la puce est recouvert d’un re-vêtement dichroïque transparent à 1560 nm. Le faisceau traver-sant sera ensuite utilisé comme réseau optique pour déplacer le condensat au centre de l’enceinte à 5 mm de la surface de la puce.
Lancement et séquence d’interférométrie. Lors de la
der-nière étape le nuage sera lancé vers l’enceinte d’interférométrie haute dans laquelle il sera diffracté par une série de pulses laser pour réaliser la séquence d’interférométrie. Les deux cylindres
orange et vert représentent les électrodes qui seront utilisées
pour la première expérience que nous voulons mener, le test de la neutralité de l’atome.
Chapitre 3
Refroidissement laser.
“Fred- C’est pas un vrai laser ça. Tu veux en voir un vrai laser ? Allez Marcel c’est parti !
Jamy- Il en connait un rayon...”
C’est pas sorcier : Les lasers
Les premières étapes de la séquence expérimentale utilisent différentes techniques de re-froidissement et de piégeage par laser pour collecter et refroidir les atomes de rubidium
depuis une vapeur thermique jusqu’à obtenir un nuage de 3 ×1010atomes de rubidium à une
température de 10 µK. Ce chapitre traite de la mise en place des différentes étapes du refroi-dissement laser. Il commence par une présentation générale du principe de refroirefroi-dissement et piégeage laser. Je poursuis par une description et une caractérisation de notre système d’imagerie qui nous fournit les résultats expérimentaux. Je présente ensuite les différentes étapes expérimentales dans l’ordre chronologique de la séquence. Je détaille les méthodes d’optimisation ainsi que la caractérisation expérimentale du nuage à chaque étape, depuis la collection des atomes dans le piège magnéto-optique à deux dimensions (PMO2D), jusqu’au pompage optique des atomes juste avant la capture dans le piège magnétique.