Sources Ultrafroides Avancées pour l’Interféromètrie et la Physique Atomique.
Julien Dugué (LKB)

Infos Complémentaires

Salle Conf IV
Département de Physique ENS
24, rue Lhomond 75005 Paris

Jeudi 25 juin 2009 10h

Résumé :

Dans ce mémoire nous présentons des sources ultra-froides utilisant des condensats de Bose-Einstein pour des applications en interféromètrie et physique atomique.

Nous produisons un laser à atomes de 87Rb par couplage optique Raman. Initialement piégés magnétiquement, les atomes sont transférés dans un état insensible aux champs magnétiques et tombent sous l’effet de la gravité. Nous montrons qu’à l’inverse d’une méthode d’extraction Radio-Fréquence l’impulsion transférée aux atomes permet de réduire la divergence et d’améliorer le profil spatial du faisceau atomique. Nous prouvons que chacun des deux faisceaux Raman peut être utilisé indépendemment pour diffracter le laser à atomes de manière efficace et cohérente en utilisant une fraction de lumière rétro-diffusée. La dynamique des lasers à atomes extraits par couplage RF est également étudiée théoriquement.

Nous détaillons ensuite les améliorations apportées au dispositif expérimental permettant de condenser des atomes d’hélium métastable (4He*). Nous décrivons l’ensemble du nouveau système laser destiné au piégeage et au ralentissement des atomes, ainsi qu’à leur transfert dans des pièges optiques. L’ajout d’un multiplicateur d’électrons fournit une méthode de détection non-destructive en temps réel fondée sur les collisions Penning. Enfin, nous présentons un nouveau piège magnétique à grande accessibilité optique, conçu et construit pour produire un condensat d’atomes 4He* et le transférer, in-situ, dans un réseau optique à 3 dimensions.

 

Mots Clés :
Atomes ultra-froids, condensat de Bose-Einstein, lasers à atomes, couplage Raman, hélium métastable, piège optique dipolaire, réseau optique.

 


 

Abstract :

In this thesis we present ultra-cold sources using Bose-Einstein Condensates for atom interferometry and atomic physics applications.

We produce a 87 atom laser from an optical Raman out-coupling technique. The atoms are transferred from their initial magnetically trapped state to a state which is insensitive to magnetic fields and subsequently fall under gravity. We show that, in contrast to a standard Radio-Frequency (RF) out-coupling method, the initial momentum imparted to the atoms reduces the divergence and improves the spatial profile of the beam. Alternatively, we demonstrate that each of the two Raman beams can be used independently to provide efficient and coherent splitting of the atom laser using a fraction of back-reflected light. We also investigate theoretically the dynamics of RF out-coupled atom laser systems.

Then we detail significant improvements on the experimental setup used to condense metastable helium atoms (4He*). We present the layout of a new laser system operated to trap and cool the atoms, and ultimately intended for their transfer into optical traps. A channel electron multiplier is added to provide a non-destructive real-time detection method based on Penning collisions. Finally, we describe the design of a new magnetic trap with improved optical access, which we conceived and constructed to allow for 4He* Bose-Einstein condensation to be compatible with in-situ loading of the condensed gas into a 3 dimensional lattice.

 

Key words :
Ultra-cold atoms, Bose-Einstein Condensate, atom lasers, Raman out-coupling, metastable helium, optical dipole trap, optical lattice.

Salle Conf IV
Département de Physique ENS
24, rue Lhomond 75005 Paris