Le ralentissement des particules atomiques de faible énergie

J. Leite Lopes

N. Castagna, Jocelyne Guéna, Mark D. Plimmer +1 more

Des jets atomiques lents sont des outils pratiques pour plusieurs applications: interféromètres atomiques, horloges atomiques, condensats de Bose-Einstein et expériences d’optique atomique. En ce qui concerne les horloges atomiques, ume fontaine continue [1] a l’avantage d’une moindre densite ́ atomique pour un rapport signal sur bruit donne ́ que leurs équivalentes pulsées, ce qui conduit a ̀ des déplacements collisionnels plus faibles. De plus, l’emploi d’une telle fontaine permet d’éliminer l’effet d’intermodulation associe ́ au bruit de phase de l’oscillateur local [2]. Afin de profiter pleinement de ces atouts, il nous faut augmenter le flux utile. Une manière de procéder est de charger la mélasse optique mouvante a ̀ partir d’un jet atomique lent, plutôt qu’a ̀ partir de la queue faible vitesse d’une vapeur a ̀ 10−8 mbar. Des sources d’atomes lents peuvent être générées par plusieurs méthodes. Le ralentissement Zeeman d’un jet thermique permet une source continue mais au prix d’un dispositif encombrant, alors que le ralentissement par balayage rapide d’une fréquence laser ne fournit que des paquets d’atomes. Ici nous proposons une solution bien plus simple: un piège magnéto-optique bi-dimensionnel (PMO-2D)produisant un jet continu lent (v ' 20 m/s). Toutefois la mise en oeuvre d’un PMO est souvent coûteuse du fait des optiques requises (cubes séparateurs de polarisation, lames quart d’onde et nombreux traitements anti-

Ch. J. Bordé

G. Labeyrie

Ce mémoire porte sur le développement de deux outils pour réaliser des expériences d'optique atomique. Le premier de ces outils est une source qui produit un faisceau intense d'atomes d'hélium métastables. Elle est produite à partir d'un jet supersonique cryogénique d'hélium. On effectue plusieurs opérations de manipulation par laser afin d'augmenter l'intensité du jet atomique. On applique tout d'abord une mélasse optique transverse afin de collimater le faisceau atomique. Puis on décélère les atomes en utilisant la technique du ralentissement Zeeman. La faible masse de l'hélium a deux conséquences importantes sur le ralentissement: la distance nécessaire pour stopper les atomes est importante (~ 2 m), et le phénomène de diffusion transverse est particulièrement prononcé. Il faut donc recomprimer spatialement le jet atomique. Dans ce but, on utilise un dispositif original, le "concentrateur". Celui-ci permet de focaliser le jet atomique rapide en un point de son axe. Le gain d'intensité atomique au point focal est d'environ 20. La position transverse du point focal peut être balayée en appliquant un champ magnétique variable. Le deuxième outil développé est un miroir à atomes utilisant une onde évanescente. Pour pouvoir s'affranchir de l'émission spontanée pendant la réflexion, qui détruit la cohérence de l'onde de De Broglie réfléchie, il faut disposer d'une intensité lumineuse dans l'onde évanescente très importante. On utilise un système résonnant de couches minces diélectriques déposées sur un prisme pour "exalter" l'intensité de l'onde évanescente par plus de 3 ordres de grandeur. On emploie une méthode optique d'analyse de la lumière réfléchie par le prisme pour estimer le coefficient d'exaltation. Cette technique simple permet le contrôle in-situ de l'exaltation lors des expériences de réflexion d'atomes. Ce système a été utilisé pour réfléchir des atomes de rubidium avec une probabilité d'émission spontanée inférieure à 1 %.

Philippe Bouyer, Arnaud Landragin

L’optique et l’interférométrie atomique ont considérablement fait progresser le refroidissement d’atomes par laser. Des applications spectaculaires comme la lithographie atomique, les senseurs inertiels atomiques et les horloges atomiques s’en trouvent considérablement améliorées. L’article s’attarde sur le fonctionnement de ces deux derniers systèmes, pour lesquels le ralentissement des atomes induit un accroissement du temps d’interaction, tandis que leur refroidissement autorise une augmentation du contraste des franges d’interférence.

J. Frenkel