Versatilité

Notre système a été conçu pour être adaptable à un grand nombre de situations expérimentales, qui peuvent requérir d’adapter les propriétés du condensat aux contraintes de l’expérience. En particulier, le fort confinement du condensat conduit à un potentiel chimique élevé, ce qui peut être un problème pour certaines expériences [Billy 08].

Concrètement, notre système nous permet de modifier le potentiel chimique du condensat, en décomprimant le piège optique de deux manières.

Décompression par diminution de la puissance du laser La première méthode consiste à diminuer la puissance des lasers pour diminuer la fréquence du piège, suivant la loi ¯_{ω ∼ P}1/2

(voir plus haut). Cette décompression s’accompagne d’une diminution de la profondeur du piège V0 ∼ P . On ne peut donc l’utiliser que tant que la profondeur reste supérieure au

potentiel chimique. Les lois de diminution de la fréquence par rapport à la profondeur sont défavorables de ce point de vue, et on ne peut pas espérer gagner beaucoup en terme de potentiel chimique en utilisant cette technique. Cependant, grâce à la géométrie particulière de notre piège dipolaire, le fait de diminuer la puissance totale, en particulier diminuer la puissance du premier bras du piège dipolaire, ne diminue par nécessairement fortement la profondeur. Spécifiquement, nous pouvons baisser la puissance du faisceau large jusqu’à ce que le gradient de potentiel lumineux compense exactement la gravité. Dans cette situation, on peut diminuer fortement la puissance du faisceau très confinant ce qui est la situation la plus favorable pour ce type de décompression.

Décompression par déplacement du foyer du piège optique La seconde méthode consiste à changer le waist des faisceaux du piège dipolaire au niveau des atomes en défocalisant le faisceau. Ceci est rendu possible sur notre expérience par l’utilisation d’une lentille mobile pour le second faisceau du piège dipolaire, comparable à [Kinoshita 05]. Le détail de ce système est décrit dans [Clément 08].

Le tableau 2.3.2 présente les performances en terme de versatilité du condensat que nous pou- vons produire avec notre expérience. La valeur obtenue pour une diminution du waist est le résultat d’une combinaison avec des baisses de puissance sur les deux bras. Cette méthode est limitée par le critère d’adiabaticité pour le déplacement du foyer, donné par : 1

ωdωdt ≪ ω. De ce fait, la diminution

de la fréquence se fait d’autant plus lentement que la fréquence devient faible, jusqu’au point où le temps de vie du condensat devient plus petit que le temps d’ouverture.

Condensat standard diminution de la puissance diminution du waist

Potentiel chimique µ 6.4 kHz _{∼ 2 kHz ∼ 1 kHz}

Table _{2.3: Performances en terme de versatilité du condensat.}

Le potentiel chimique du condensat peut également être modifié en diminuant le nombre d’atomes. C’est cette voie qui a été utilisée dans [Billy 08]. Cependant, l’équation 2.31 montre que cette solution est particulièrement défavorable. Dans notre cas, il est relativement aisé de chan- ger le nombre d’atomes dans le condensat (c’est augmenter le nombre d’atomes qui est difficile...). Nous n’avons pas exploré cette voie car elle conduit pour nos expériences à une diminution du rapport signal sur bruit.

Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons présenté une méthode d’évaporation qui permet de circonvenir les inconvénients de l’évaporation tout optique : grâce à la géométrie de piège croisé désaligné (MACRO-FORT, pour misaligned crossed far off-resonnant trap) nous pouvons contrôler indé- pendamment la profondeur du piège dipolaire et sa fréquence. Cette possibilité permet d’opérer l’évaporation dans un régime où l’ensemble du processus est limité par les pertes à trois corps.

Cette technique permet d’accélérer encore l’évaporation par rapport aux condensats tout- optiques standards, sans recourir à des stratégies de compression mécanique par exemple ([Kinoshita 05]) qui présentent une complexité plus grande. Notre technique est en cours de mise en place dans d’autres équipes20_{. Le grand taux de cyclage possible avec notre géométrie ouvre la voie vers une}

application des condensats tout-optiques en métrologie.

20. Au moins deux groupes, l’un à l’observatoire de Paris, l’autre à l’université de Heidelberg sont en train de mettre en place un piège identique au nôtre pour réaliser un condensat.

Chapitre 3

Trampoline à atomes : gravimètre et

interféromètre à atomes froids

Les atomes en chute libre constituent des masses-test idéales pour les mesures de gravité. En effet, grâce à la nature quantique des interactions entre les atomes et la lumière, il est possible de transférer une quantité extrêmement précise d’impulsion à des atomes, pour ensuite pouvoir comparer ce transfert d’impulsion à celui provoqué par l’accélération de la gravité.

Les mesures ainsi réalisées peuvent également tirer parti de la nature quantique des atomes. En effet, on peut réaliser des configurations d’interféromètres atomiques, dans lesquelles la détection est sensible à la phase de la fonction d’onde des atomes.

Nous allons présenter dans ce chapitre deux expériences dans lesquelles les atomes sont utilisés comme masse test pour mesurer des accélérations. Dans la première expérience, proposée pour la première fois par F. Impens [Impens 06], on fait rebondir des atomes périodiquement sur une onde lumineuse stationnaire pulsée dans une situation de "trampoline à atomes". Cette onde stationnaire réalise un réseau optique vertical. La période de ces rebonds est utilisée pour mesurer la gravité. Il s’agit d’un effet de trampoline classique. Dans une seconde expérience, la même configuration de trampoline est utilisée, mais chacun des pulses non seulement réfléchit les atomes, mais sépare les paquets d’onde atomique qui vont suivre différentes trajectoires. Les pulses ultérieurs recombinent et séparent à nouveau les paquets, réalisant une configuration originale d’interféromètre atomique de type "trampoline quantique".

Dans la première partie de ce chapitre, nous présentons les modifications apportées au dispositif expérimental des chapitres précédents pour réaliser les expériences de trampoline. Les deux parties suivantes présentent les résultats expérimentaux concernant d’abord le trampoline classique puis le trampoline quantique.

3.1

Système expérimental

Nous allons présenter ici notre système expérimental, en particulier la manière dont nous avons adapté notre système laser pour utiliser la puissance optique de l’amplificateur du MOT 3D. Nous allons ensuite décrire le système de contrôle électronique du laser utilisé pour créer le réseau op- tique. Ce système permet de réaliser des séries de pulses courts d’enveloppe arbitraire. Enfin, nous présentons brièvement la manière dont nous avons adapté la partie système à vide de notre expé- rience.