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Canadian Journal of Physics

Influence de la Structure Fine des Raies de l'Hélium sur les Mesures de Concentration d'Atomes Métastables par Absorption Optique

R. J. Rajotte

Published May 1, 1973• 1 citation
Publisher

Abstract

We have obtained an algebraic relation taking into account the fine structure of spectral lines in the calculation of metastable atom density. Typical numerical results show that at high optical absorption errors of the order of 100% will result if we neglect the fine structure of lines.
DOI
10.1139/p73-134

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Mesure de deux caracteristiques de l'helium metastable importantes pour le refroidissement radiatif : taux de pertes par collisions en presence de lumiere quasi-resonante et taux de transition des raies interdites 2 3p 1-1 1s 0 et 2 3p 2-1 1s 0

J. Poupard

Cette these etudie deux caracteristiques de l'helium importantes pour le refroidissement radiatif. Dans une premiere partie, on mesure le taux de pertes a deux corps dans un piege magneto-optique d'helium metastable. Ces pertes, accentuees en presence d'une irradiation quasi-resonante, sont principalement dues aux collisions ionisantes entre deux atomes d'helium metastable. On mesure le taux de pertes en etudiant l'evolution du nombre d'atomes dans le piege magneto-optique par observation de la fluorescence des atomes ou des ions produits par les collisions. Nous etudions aussi les variations de ce taux en fonction du desaccord des lasers piege. La deuxieme partie de la these est consacree a la description des experiences nous ayant permis de mesurer les taux de transition des raies interdites 2 3p 1-1 1s 0 et 2 3p 2-1 1s 0 de l'helium. Ces transitions limitent les performances des experiences de refroidissement radiatif. En effet, les atomes excites de l'etat metastable vers l'etat 2 3p 1 ou 2 3p 2 par les lasers de refroidissement peuvent se desexciter vers le niveau fondamental. Ils sont alors perdus pour la suite des experiences. Dans une premiere experience nous mesurons le taux de transition de 2 3p 1-1 1s 0 en excitant avec un laser une petite fraction d'atomes contenus dans un piege magneto-optique d'helium metastable vers l'etat 2 3p 1. On observe une baisse de la duree de vie du piege magneto-optique qui est la signature de la fuite des atomes vers l'etat fondamental. Dans une deuxieme experience, nous mesurons le rapport des taux de transition de 2 3p 2 et 2 3p 1 vers 1 1s 0 en effectuant le rapport des flux de photons uv emis par atome se desexcitant par l'une et l'autre des deux transitions interdites. D'apres la premiere experience, nous en deduisons le taux de transition de 2 3p 2 -1 1s 0. La determination independante de ces taux par estimation du flux absolu de photons uv emis par les atomes est compatible avec les resultats des deux premieres experiences.

•Jan 1, 2000•0 citations

Mesure de deux caractéristiques de l'hélium métastable importantes pour le refroidissement radiatif

J. Poupard

Cette thèse étudie deux caractéristiques de l'atome hélium métastable importantes pour le refroidissement radiatif. Dans une première partie, on mesure le taux de pertes à deux corps dans un piège magnéto-optique. Ces pertes, accentuées en présence d'une irradiation quasi-résonante, sont principalement dues aux collisions ionisantes entre deux atomes métastables. On mesure le taux de pertes en étudiant l'évolution du nombre d'atomes dans le piège magnéto-optique par observation de la fluorescence ou des ions produits par les collisions. Nous étudions aussi les variations de ce taux en fonction du désaccord des lasers piège. La deuxième partie de la thèse est consacrée à la description des expériences de mesurer les taux de transition des raies intercombinaison: 2^3P_1 vers 1^1S_0 et 2^3P_2 vers 1^1S_0. Le taux 2^3P_1 vers 1^1S_0 est mesuré en excitant une petite fraction d'atomes contenus dans un piège magnéto-optique vers l'état 2^3P_1. On observe une baisse de la durée de vie du piège magnéto-optique qui est la signature de la fuite vers l'état fondamental. Dans une deuxième expérience, on mesure le rapport des taux de transition de 2^3P_2 et 2^3P_1 vers 1^1S_0 en effectuant le rapport des flux de photons UV associés à la transition.

•Nov 28, 2000•1 citation

Condensation de Bose-Einstein de l'hélium métastable

Franck Pereira dos Santos

Nous presentons dans ce memoire la realisation experimentale de la condensation de Bose-Einstein de l'helium metastable $2^3S_1$ polarise. Nous commencons par y resumer les predictions theoriques concernant les taux de collisions elastiques et inelastiques entre atomes metastables polarises. Ce sont sur ces predictions tres encourageantes que reposait l'espoir d'atteindre la condensation de Bose-Einstein de l'helium metastable. Nous presentons ensuite le dispositif experimental que nous avons construit. La technique que nous avons utilisee consiste a pre-refroidir un echantillon de gaz dans un piege magneto-optique, que l'on charge a partir d'un jet atomique intense et ralenti. La densite dans le piege magneto-optique est limitee par de tres forts taux de collisions inelastiques assistees par la lumiere, que nous avons mesures pour une large gamme de parametres de piegeage. Le gaz piege est ensuite transfere dans un piege magnetostatique ou il est refroidi par la technique du refroidissement evaporatif jusqu'au seuil de degenerescence quantique. Nous avons mesure des temps de vie des atomes dans le piege magnetique de l'ordre de la minute, ce qui demontre que les collisions inelastiques sont supprimees par au moins deux ordres de grandeur des lors que les atomes sont polarises. A l'aide d'une methode de detection purement optique, basee sur l'absorption d'un faisceau laser resonnant a la traversee du nuage atomique, nous avons pu mettre en evidence la condensation de Bose-Einstein. Finalement, des mesures du nombre d'atomes et de la taille du condensat, nous avons deduit une estimation de la longueur de diffusion, $a=(16\pm8)$ nm.

•Jan 1, 2002•1 citation

Condensation de Bose-Einstein de l'hélium métastable

Franck Pereira dos Santos

Nous présentons dans ce mémoire la réalisation expérimentale de la condensation de Bose-Einstein de l'hélium métastable $2^3S_1$ polarisé. Nous commençons par y résumer les prédictions théoriques concernant les taux de collisions élastiques et inélastiques entre atomes métastables polarisés. Ce sont sur ces prédictions très encourageantes que reposait l'espoir d'atteindre la condensation de Bose-Einstein de l'hélium métastable. Nous présentons ensuite le dispositif expérimental que nous avons construit. La technique que nous avons utilisée consiste à pré-refroidir un échantillon de gaz dans un piège magnéto-optique, que l'on charge à partir d'un jet atomique intense et ralenti. La densité dans le piège magnéto-optique est limitée par de très forts taux de collisions inélastiques assistées par la lumière, que nous avons mesurés pour une large gamme de paramètres de piégeage. Le gaz piégé est ensuite transféré dans un piège magnétostatique où il est refroidi par la technique du refroidissement évaporatif jusqu'au seuil de dégénérescence quantique. Nous avons mesuré des temps de vie des atomes dans le piège magnétique de l'ordre de la minute, ce qui démontre que les collisions inélastiques sont supprimées par au moins deux ordres de grandeur dès lors que les atomes sont polarisés. A l'aide d'une méthode de détection purement optique, basée sur l'absorption d'un faisceau laser résonnant à la traversée du nuage atomique, nous avons pu mettre en évidence la condensation de Bose-Einstein. Finalement, des mesures du nombre d'atomes et de la taille du condensat, nous avons déduit une estimation de la longueur de diffusion, $a=(16\pm8)$ nm.

•Jan 17, 2002•0 citations

Optique atomique quantique sur des nuages ultra-froids d'hélium métastable

Denis Boiron

Ce manuscrit décrit les expériences menées sur le montage "hélium métastable" de 1998 à 2008. Dès mon arrivée à l'Institut d'Optique, nous avions décidé de nous lancer dans la course de la condensation de Bose-Einstein de l'hélium métastable. Cet atome a en effet un atout : sa métastabilité. Son énergie interne de 20 eV est suffisamment grande pour que cet atome puisse être détecté électroniquement de façon très efficace par une galette de micro-canaux ; il est ainsi possible de faire du comptage d'atomes uniques, d'où la thématique optique atomique quantique. De plus, la probabilité d'avoir une ionisation lors d'une collision entre deux ou trois atomes d'hélium métastable est assez importante aux densités atomiques auxquelles nous travaillons. Les ions produits, détectables par la même galette permettent d'avoir un diagnostic in situ original de la densité atomique. On peut chronologiquement distinguer trois périodes. De 1998 à 2004 nous avons obtenu le condensat et étudié ces propriétés collisionnelles. De 2004 à 2007 nous avons mesuré les propriétés de corrélation à deux corps des nuages au-dessus ou en dessous de la dégénérescence quantique, suite à une amélioration de notre système de détection. Depuis 2006, nous avons commencé une nouvelle thématique portant sur l'optique atomique quantique et une première expérience sur la création de paires d'atomes a déjà eu lieu.

•Feb 23, 2009•0 citations

Création et étude de sources d'états non classiques pour l'optique atomique quantique

Jean-Christophe Jaskula

Ce mémoire rapporte les résultats de plusieurs expériences mettant en jeu des nuages ultra-froids d'hélium métastable. Deux thématiques différentes sont abordées au cours de cette thèse : l'optique atomique quantique et l'étude des propriétés collisionnelles inter-spin. Les premières études présentées ont été réalisées sur un ensemble de paires d'atomes corrélés créé par collision entre deux condensats de Bose-Einstein. Ce processus peut être vu comme un analogue de la conversion paramétrique en optique photonique quantique. Une étude fine des propriétés géométriques du halo de collisions a indiqué une déformation de celui par rapport à la forme sphérique attendue pour une collision en onde S. Nous avons montré que cet effet tire son origine de l'interaction entre atomes et de la dynamique du processus. Par ailleurs, l'étude statistique de ces paires d'atomes corrélés a permis de mettre en évidence une réduction des fluctuations sous le bruit de grenaille de la différence du nombre d'atomes entre deux zones opposées. Ce résultat est un nouvel indice sur la nature des états quantiques créés qui présentent très certainement un réel intérêt dans l'interférométrie atomique et la violation d'inégalités de Bell avec des atomes neutres. Nous décrivons également le piège optique qui a été mis en place et utilisé pour une partie de ces expériences et dont les caractéristiques permettent d'utiliser au mieux notre détecteur d'atomes uniques. Nous avons pu, à l'aide de ce dispositif, mesurer les stabilités relatives de certains états de spin de l'hélium métastable et prouver qu'il est possible de mener des expériences sur des mélanges de spins selon certaines conditions.

•Dec 10, 2010•0 citations
Cette these etudie deux caracteristiques de l'helium importantes pour le refroidissement radiatif. Dans une premiere partie, on mesure le taux de pertes a deux corps dans un piege magneto-optique d'helium metastable. Ces pertes, accentuees en presence d'une irradiation quasi-resonante, sont principalement dues aux collisions ionisantes entre deux atomes d'helium metastable. On mesure le taux de pertes en etudiant l'evolution du nombre d'atomes dans le piege magneto-optique par observation de la fluorescence des atomes ou des ions produits par les collisions. Nous etudions aussi les variations de ce taux en fonction du desaccord des lasers piege. La deuxieme partie de la these est consacree a la description des experiences nous ayant permis de mesurer les taux de transition des raies interdites 2 3p 1-1 1s 0 et 2 3p 2-1 1s 0 de l'helium. Ces transitions limitent les performances des experiences de refroidissement radiatif. En effet, les atomes excites de l'etat metastable vers l'etat 2 3p 1 ou 2 3p 2 par les lasers de refroidissement peuvent se desexciter vers le niveau fondamental. Ils sont alors perdus pour la suite des experiences. Dans une premiere experience nous mesurons le taux de transition de 2 3p 1-1 1s 0 en excitant avec un laser une petite fraction d'atomes contenus dans un piege magneto-optique d'helium metastable vers l'etat 2 3p 1. On observe une baisse de la duree de vie du piege magneto-optique qui est la signature de la fuite des atomes vers l'etat fondamental. Dans une deuxieme experience, nous mesurons le rapport des taux de transition de 2 3p 2 et 2 3p 1 vers 1 1s 0 en effectuant le rapport des flux de photons uv emis par atome se desexcitant par l'une et l'autre des deux transitions interdites. D'apres la premiere experience, nous en deduisons le taux de transition de 2 3p 2 -1 1s 0. La determination independante de ces taux par estimation du flux absolu de photons uv emis par les atomes est compatible avec les resultats des deux premieres experiences.
Cette thèse étudie deux caractéristiques de l'atome hélium métastable importantes pour le refroidissement radiatif. Dans une première partie, on mesure le taux de pertes à deux corps dans un piège magnéto-optique. Ces pertes, accentuées en présence d'une irradiation quasi-résonante, sont principalement dues aux collisions ionisantes entre deux atomes métastables. On mesure le taux de pertes en étudiant l'évolution du nombre d'atomes dans le piège magnéto-optique par observation de la fluorescence ou des ions produits par les collisions. Nous étudions aussi les variations de ce taux en fonction du désaccord des lasers piège. La deuxième partie de la thèse est consacrée à la description des expériences de mesurer les taux de transition des raies intercombinaison: 2^3P_1 vers 1^1S_0 et 2^3P_2 vers 1^1S_0. Le taux 2^3P_1 vers 1^1S_0 est mesuré en excitant une petite fraction d'atomes contenus dans un piège magnéto-optique vers l'état 2^3P_1. On observe une baisse de la durée de vie du piège magnéto-optique qui est la signature de la fuite vers l'état fondamental. Dans une deuxième expérience, on mesure le rapport des taux de transition de 2^3P_2 et 2^3P_1 vers 1^1S_0 en effectuant le rapport des flux de photons UV associés à la transition.
Nous presentons dans ce memoire la realisation experimentale de la condensation de Bose-Einstein de l'helium metastable 23S12^3S_123S1​ polarise. Nous commencons par y resumer les predictions theoriques concernant les taux de collisions elastiques et inelastiques entre atomes metastables polarises. Ce sont sur ces predictions tres encourageantes que reposait l'espoir d'atteindre la condensation de Bose-Einstein de l'helium metastable. Nous presentons ensuite le dispositif experimental que nous avons construit. La technique que nous avons utilisee consiste a pre-refroidir un echantillon de gaz dans un piege magneto-optique, que l'on charge a partir d'un jet atomique intense et ralenti. La densite dans le piege magneto-optique est limitee par de tres forts taux de collisions inelastiques assistees par la lumiere, que nous avons mesures pour une large gamme de parametres de piegeage. Le gaz piege est ensuite transfere dans un piege magnetostatique ou il est refroidi par la technique du refroidissement evaporatif jusqu'au seuil de degenerescence quantique. Nous avons mesure des temps de vie des atomes dans le piege magnetique de l'ordre de la minute, ce qui demontre que les collisions inelastiques sont supprimees par au moins deux ordres de grandeur des lors que les atomes sont polarises. A l'aide d'une methode de detection purement optique, basee sur l'absorption d'un faisceau laser resonnant a la traversee du nuage atomique, nous avons pu mettre en evidence la condensation de Bose-Einstein. Finalement, des mesures du nombre d'atomes et de la taille du condensat, nous avons deduit une estimation de la longueur de diffusion, a=(16±8)a=(16\pm8)a=(16±8) nm.
Nous présentons dans ce mémoire la réalisation expérimentale de la condensation de Bose-Einstein de l'hélium métastable 23S12^3S_123S1​ polarisé. Nous commençons par y résumer les prédictions théoriques concernant les taux de collisions élastiques et inélastiques entre atomes métastables polarisés. Ce sont sur ces prédictions très encourageantes que reposait l'espoir d'atteindre la condensation de Bose-Einstein de l'hélium métastable. Nous présentons ensuite le dispositif expérimental que nous avons construit. La technique que nous avons utilisée consiste à pré-refroidir un échantillon de gaz dans un piège magnéto-optique, que l'on charge à partir d'un jet atomique intense et ralenti. La densité dans le piège magnéto-optique est limitée par de très forts taux de collisions inélastiques assistées par la lumière, que nous avons mesurés pour une large gamme de paramètres de piégeage. Le gaz piégé est ensuite transféré dans un piège magnétostatique où il est refroidi par la technique du refroidissement évaporatif jusqu'au seuil de dégénérescence quantique. Nous avons mesuré des temps de vie des atomes dans le piège magnétique de l'ordre de la minute, ce qui démontre que les collisions inélastiques sont supprimées par au moins deux ordres de grandeur dès lors que les atomes sont polarisés. A l'aide d'une méthode de détection purement optique, basée sur l'absorption d'un faisceau laser résonnant à la traversée du nuage atomique, nous avons pu mettre en évidence la condensation de Bose-Einstein. Finalement, des mesures du nombre d'atomes et de la taille du condensat, nous avons déduit une estimation de la longueur de diffusion, a=(16±8)a=(16\pm8)a=(16±8) nm.
Ce manuscrit décrit les expériences menées sur le montage "hélium métastable" de 1998 à 2008. Dès mon arrivée à l'Institut d'Optique, nous avions décidé de nous lancer dans la course de la condensation de Bose-Einstein de l'hélium métastable. Cet atome a en effet un atout : sa métastabilité. Son énergie interne de 20 eV est suffisamment grande pour que cet atome puisse être détecté électroniquement de façon très efficace par une galette de micro-canaux ; il est ainsi possible de faire du comptage d'atomes uniques, d'où la thématique optique atomique quantique. De plus, la probabilité d'avoir une ionisation lors d'une collision entre deux ou trois atomes d'hélium métastable est assez importante aux densités atomiques auxquelles nous travaillons. Les ions produits, détectables par la même galette permettent d'avoir un diagnostic in situ original de la densité atomique. On peut chronologiquement distinguer trois périodes. De 1998 à 2004 nous avons obtenu le condensat et étudié ces propriétés collisionnelles. De 2004 à 2007 nous avons mesuré les propriétés de corrélation à deux corps des nuages au-dessus ou en dessous de la dégénérescence quantique, suite à une amélioration de notre système de détection. Depuis 2006, nous avons commencé une nouvelle thématique portant sur l'optique atomique quantique et une première expérience sur la création de paires d'atomes a déjà eu lieu.
Ce mémoire rapporte les résultats de plusieurs expériences mettant en jeu des nuages ultra-froids d'hélium métastable. Deux thématiques différentes sont abordées au cours de cette thèse : l'optique atomique quantique et l'étude des propriétés collisionnelles inter-spin. Les premières études présentées ont été réalisées sur un ensemble de paires d'atomes corrélés créé par collision entre deux condensats de Bose-Einstein. Ce processus peut être vu comme un analogue de la conversion paramétrique en optique photonique quantique. Une étude fine des propriétés géométriques du halo de collisions a indiqué une déformation de celui par rapport à la forme sphérique attendue pour une collision en onde S. Nous avons montré que cet effet tire son origine de l'interaction entre atomes et de la dynamique du processus. Par ailleurs, l'étude statistique de ces paires d'atomes corrélés a permis de mettre en évidence une réduction des fluctuations sous le bruit de grenaille de la différence du nombre d'atomes entre deux zones opposées. Ce résultat est un nouvel indice sur la nature des états quantiques créés qui présentent très certainement un réel intérêt dans l'interférométrie atomique et la violation d'inégalités de Bell avec des atomes neutres. Nous décrivons également le piège optique qui a été mis en place et utilisé pour une partie de ces expériences et dont les caractéristiques permettent d'utiliser au mieux notre détecteur d'atomes uniques. Nous avons pu, à l'aide de ce dispositif, mesurer les stabilités relatives de certains états de spin de l'hélium métastable et prouver qu'il est possible de mener des expériences sur des mélanges de spins selon certaines conditions.