Les systèmes lasers limitent la taille des pièges magnéto optiques car leurs puissances optiques sont limitées. Cette limite a une impacte directe sur la taille des condensats de Bose Einstein. L’objectif de cette thèse a été de réaliser un système laser innovant qui permet d’obtenir des puissances optiques significativement plus importantes afin d’obtenir des condensats de Bose Einstein de plus grande taille.
Les systèmes lasers limitent la taille des pièges magnéto optiques car leurs puissances optiques sont limitées. Cette limite a une impacte directe sur la taille des condensats de Bose Einstein. L’objectif de cette thèse a été de réaliser un système laser innovant qui permet d’obtenir des puissances optiques significativement plus importantes afin d’obtenir des condensats de Bose Einstein de plus grande taille.
Ce manuscrit présente la réalisation d'un dispositif expérimental permettant de produire des condensats de Bose-Einstein de potassium 41. Cette expérience a été construite dans le but d'étudier le modèle du rotateur frappé en présence d'interactions. Le choix du potassium 41 pour cette expérience est motivé par deux raisons. La première est que la longueur de diffusion de cet atome est positive (ce qui permet une condensation aisée) et qu'il possède des résonances de Feshbach accessibles. La seconde est que les longueurs d'ondes de ses transitions de refroidissement peuvent être générées par des sources lasers fibrées puissantes du domaine télécom doublées en fréquence. Cela a pour avantage de pouvoir fabriquer des systèmes lasers stables et robustes pour les étapes de refroidissement laser et de piégeage optique du potassium 41. La particularité de notre système réside dans la génération de fréquence qui a lieu en amont des étapes d'amplification à haute puissance et de doublage en fréquence. Le développement de ces bancs lasers agissant sur les deux transitions de refroidissement D1 et D2 a permis de mener à bien les étapes de refroidissement laser. Grâce à ces bancs lasers, un piège magnéto-optique rassemblant 3x10^(9) atomes a été obtenu. La compression et le refroidissement avec une mélasse grise de ce piège magnéto-optique a permis d'atteindre une température de 16 µK et une densité dans l'espace des phases de 10^(-6). Les étapes de refroidissement évaporatif qui suivent sont réalisées successivement avec un piège quadrupolaire, un piège hybride (piège quadrupolaire + piège optique) et pour terminer un piège optique croisé. Des condensats de 500 000 atomes ont été observés dans ce piège optique croisé. Nous avons aussi identifié des résonances de Feshbach qui permettront le contrôle des interactions. Pour l'étude du rotateur frappé, un système laser pulsé original a été conçu en parallèle. La réalisation de ce système a été faite à partir d'un laser pulsé télécom amplifié à haute puissance doublé en fréquence. Ce système produit des pulses laser proches infrarouge avec des impulsions de 10 ns, une fréquence de répétition comprise entre 100 kHz et 500 kHz et une puissance crête optique allant jusqu'à 350W. Ce banc laser pulsé nous a permis de réaliser les premières expériences du rotateur frappé de cette expérience. Un contrôle des interactions avec les résonances de Feshbach identifiées nous permettra d'étudier par la suite le modèle du rotateur frappé en présence d'interactions.
Ce manuscrit présente la réalisation d'un dispositif expérimental permettant de produire des condensats de Bose-Einstein de potassium 41. Cette expérience a été construite dans le but d'étudier le modèle du rotateur frappé en présence d'interactions. Le choix du potassium 41 pour cette expérience est motivé par deux raisons. La première est que la longueur de diffusion de cet atome est positive (ce qui permet une condensation aisée) et qu'il possède des résonances de Feshbach accessibles. La seconde est que les longueurs d'ondes de ses transitions de refroidissement peuvent être générées par des sources lasers fibrées puissantes du domaine télécom doublées en fréquence. Cela a pour avantage de pouvoir fabriquer des systèmes lasers stables et robustes pour les étapes de refroidissement laser et de piégeage optique du potassium 41. La particularité de notre système réside dans la génération de fréquence qui a lieu en amont des étapes d'amplification à haute puissance et de doublage en fréquence. Le développement de ces bancs lasers agissant sur les deux transitions de refroidissement D1 et D2 a permis de mener à bien les étapes de refroidissement laser. Grâce à ces bancs lasers, un piège magnéto-optique rassemblant 3x10^(9) atomes a été obtenu. La compression et le refroidissement avec une mélasse grise de ce piège magnéto-optique a permis d'atteindre une température de 16 µK et une densité dans l'espace des phases de 10^(-6). Les étapes de refroidissement évaporatif qui suivent sont réalisées successivement avec un piège quadrupolaire, un piège hybride (piège quadrupolaire + piège optique) et pour terminer un piège optique croisé. Des condensats de 500 000 atomes ont été observés dans ce piège optique croisé. Nous avons aussi identifié des résonances de Feshbach qui permettront le contrôle des interactions. Pour l'étude du rotateur frappé, un système laser pulsé original a été conçu en parallèle. La réalisation de ce système a été faite à partir d'un laser pulsé télécom amplifié à haute puissance doublé en fréquence. Ce système produit des pulses laser proches infrarouge avec des impulsions de 10 ns, une fréquence de répétition comprise entre 100 kHz et 500 kHz et une puissance crête optique allant jusqu'à 350W. Ce banc laser pulsé nous a permis de réaliser les premières expériences du rotateur frappé de cette expérience. Un contrôle des interactions avec les résonances de Feshbach identifiées nous permettra d'étudier par la suite le modèle du rotateur frappé en présence d'interactions.
Cette thèse présente la réalisation d’un système expérimental basé sur la technologiedes amplificateurs télécom fibrés, pour la production des condensats de Bose-Einsteinde 41K. Le but de la construction de cette expérience est d’étudier le modèle de rotateurfrappé en présence des interactions dans le système. Le choix de l’isotope 41K a étéréalisé pour deux raisons principales. Premièrement, c’est le seul isotope bosonique dupotassium qui a une longueur de diffusion positive (ce qui facilite la condensation), et ilpossède des résonances de Feshbach accessibles. Deuxièmement, les longueurs d’ondedes transitions de refroidissement (766,701 et 770,108 nm) peuvent être générées pardoublement de fréquence à partir des sources lasers fibrés puissantes, dans le domainetélécom. Cela donne la possibilité de réaliser des systèmes laser robustes, stables, et àdes coûts intéressants, pour le refroidissement et piégeage du potassium.L’originalité de notre système laser pour le refroidissement est que nous générons toutesles fréquences utiles, en amont des étapes d’amplification à haute-puissance et doublement de fréquences. Nous avons également développé une technique d’asservissement en fréquence et démontré son applicabilité dans le domaine d’atomes froids, basé aussi sur la technologie télécom, en utilisant des transitions ro-vibrationnelles de la molécule d’acétylène. Pour l’étape de refroidissement évaporatif, dans un piège dipolaire optique, nous avons construit un système laser télécom original basé sur un contrôle en puissance qui ne nécessite aucun élément actif (modulateurs électro- ou acousto-optique) en espace libre.En parallèle du développement des sources laser, nous avons également développé l’ensemble de l’expérience de condensat (système à ultra-vide, pièges magnétiques, systèmes électroniques, etc). Cela nous a permis d’implémenter toutes les étapes nécessaires d’une expérience de condensation. Grâce à ces systèmes lasers, nous avons chargé un piège magnéto-optique avec 3 x 10^(9) atomes. Ensuite, nous avons effectué une compression du nuage et une mélasse grise en utilisant la raie D1 pour atteindre une température de 16 µK et une densité dans l’espace des phases de ~ 10^(-6). Ensuite, nous avons chargé les atomes dans un piège hybride (piège magnétique + optique), et enfin vers un piège optique croisé. Nous avons observé un condensat de 200 000 atomes dans ce piège, qui nous permettra d’effectuer par la suite des expériences sur l’étude du rotateur frappé quantique en présence d’interactions contrôlables.
Cette thèse présente la réalisation d’un système expérimental basé sur la technologiedes amplificateurs télécom fibrés, pour la production des condensats de Bose-Einsteinde 41K. Le but de la construction de cette expérience est d’étudier le modèle de rotateurfrappé en présence des interactions dans le système. Le choix de l’isotope 41K a étéréalisé pour deux raisons principales. Premièrement, c’est le seul isotope bosonique dupotassium qui a une longueur de diffusion positive (ce qui facilite la condensation), et ilpossède des résonances de Feshbach accessibles. Deuxièmement, les longueurs d’ondedes transitions de refroidissement (766,701 et 770,108 nm) peuvent être générées pardoublement de fréquence à partir des sources lasers fibrés puissantes, dans le domainetélécom. Cela donne la possibilité de réaliser des systèmes laser robustes, stables, et àdes coûts intéressants, pour le refroidissement et piégeage du potassium.L’originalité de notre système laser pour le refroidissement est que nous générons toutesles fréquences utiles, en amont des étapes d’amplification à haute-puissance et doublement de fréquences. Nous avons également développé une technique d’asservissement en fréquence et démontré son applicabilité dans le domaine d’atomes froids, basé aussi sur la technologie télécom, en utilisant des transitions ro-vibrationnelles de la molécule d’acétylène. Pour l’étape de refroidissement évaporatif, dans un piège dipolaire optique, nous avons construit un système laser télécom original basé sur un contrôle en puissance qui ne nécessite aucun élément actif (modulateurs électro- ou acousto-optique) en espace libre.En parallèle du développement des sources laser, nous avons également développé l’ensemble de l’expérience de condensat (système à ultra-vide, pièges magnétiques, systèmes électroniques, etc). Cela nous a permis d’implémenter toutes les étapes nécessaires d’une expérience de condensation. Grâce à ces systèmes lasers, nous avons chargé un piège magnéto-optique avec 3 x 10^(9) atomes. Ensuite, nous avons effectué une compression du nuage et une mélasse grise en utilisant la raie D1 pour atteindre une température de 16 µK et une densité dans l’espace des phases de ~ 10^(-6). Ensuite, nous avons chargé les atomes dans un piège hybride (piège magnétique + optique), et enfin vers un piège optique croisé. Nous avons observé un condensat de 200 000 atomes dans ce piège, qui nous permettra d’effectuer par la suite des expériences sur l’étude du rotateur frappé quantique en présence d’interactions contrôlables.
Dans ce mémoire, nous présentons les fondements, la construction et les premiers résultats d'une nouvelle expérience qui a débuté avec ce travail de thèse. Nous démontrons la production d'un condensat de Bose-Einstein de sodium confiné dans un piège optique fortement focalisé. Nous exposons des résultats originaux sur l'état fondamental et les excitations d'un condensat dans un piège gaussien avec un unique état lié, et nous montrons comment tirer parti des interactions entre états de spin pour la génération d'états quantiques fortement corrélés. L'optimisation de l'efficacité de la somme de fréquence en cavité doublement résonnante est ensuite étudiée et mise à profit pour la réalisation d'un laser solide pour le refroidissement du sodium. A partir de deux sources laser infrarouges commerciales, jusqu'à 800 mW de lumière à 589 nm sont produits, avec une efficacité de conversion quasi-totale. Ce laser est employé pour former un piège magnéto-optique, chargé grâce à la désorption atomique induite par la lumière. Après le chargement, la pression dans l'enceinte à vide redescend à sa valeur de base en moins de 100 ms. L'optimisation du transfert des atomes dans un piège dipolaire croisé est présentée. La conception et l'utilisation d'un objectif de microscope de grande ouverture numérique sont exposées, permettant la réalisation d'un piège dipolaire fortement focalisé, dans lequel le condensat se forme après une phase de refroidissement par évaporation. Celle-ci est caractérisée et comparée à un modèle numérique.
Dans cette thèse, nous faisons état de la construction d’un dispositif expérimentalcapable de piéger et refroidir un gaz d’ytterbium, dans l’optique de simuler des champsmagnétiques artificiels. Ce dispositif permettra, à terme, de produire et de caractériserdes états quantiques fortement corrélés, semblables aux états rencontrés dans la physiquede l’effet Hall quantique, entier ou fractionnaire.Dans un premier temps, nous décrivons la construction des parties de notre dispositifconsacrées au refroidissement optique de l’ytterbium (174Yb). En particulier, nousprésentons la conception d’un ralentisseur Zeeman, permettant le chargement direct d’unpiège magnéto-optique effectué sur la transition d’intercombinaison 1S0 ! 3P1 de l’ytterbium.Après transport dans un piège optique, une étape de refroidissement évaporatifnous permet d’obtenir des condensats de Bose-Einstein contenant environ 5×104 atomesd’ytterbium. Les condensats produits sont alors chargés dans un réseau optique verticalà la longueur d’onde « magique ».Nous présentons ensuite la construction d’un système laser étroit à 578nm capabled’exciter la transition « d’horloge » 1S0 ! 3P0 de l’ytterbium. Le laser est asservi surune cavité Fabry-Perot de grande finesse servant de référence de fréquence, dont nousavons caractérisé les différentes propriétés. Nous présentons en particulier une méthodepermettant de calibrer rapidement la fréquence absolue de la cavité par comparaison avecune transition de la molécule de diiode.Finalement, nous présentons les résultats d’expériences de spectroscopie effectuées surdes condensats d’ytterbium à l’aide du laser étroit, ainsi que la manipulation cohérentedu condensat sur la transition d’horloge au cours d’expériences d’oscillations de Rabi. Cesexpériences préliminaires ouvrent notamment la voie à la mesure des propriétés colisionnellesde l’ytterbium 174.