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Conception et réalisation d’une expérience de condensat de Bose-Einstein de 41K basée sur des sources laser télécom

Charbel Cherfan

Published Dec 17, 2021• 0 citations
Publisher

Abstract

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.

DOI
10.70675/b0830fddz537cz429bz821bzf86c8e3b3958

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Design and realization of a 41K Bose-Einstein condensate experiment based on telecom laser sources

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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.

•Dec 17, 2021•0 citations

Construction d'une expérience de Condensat de Bose-Einstein de 41K pour l'étude du rotateur frappé atomique

Maxime Denis

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.

•Dec 16, 2022•0 citations

Construction of a 41K Bose-Einstein condensate experiment for the study of the atomic kicked rotor

Maxime Denis

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.

•Dec 16, 2022•0 citations

Réalisation d'un condensat de Bose-Einstein sur une microstructure

Christine Aussibal

L'experience qui fait l'objet de cette these s'inscrit dans un contexte d'evolution de la recherche en physique atomique vers le developpement de systemes miniaturises pour la generation et la manipulation d'ondes de matiere coherentes. Il s'agit de la realisation d'un condensat de Bose-Einstein d'un gaz dilue d'atomes de 87Rb pieges par le champ magnetique d'une microstructure. Dans notre cas, cette microstructure, ou puce, est constituee de fils d'or de dimensions micrometriques, deposes sur un substrat de silicium par lithographie optique. Experimentalement, les atomes desorbes par un filament de rubidium sont charges et refroidis dans un piege magneto-optique dont le champ magnetique est cree par des bobines macroscopiques exterieures au systeme a vide. Le nuage est ensuite transfere dans un second piege magneto-optique proche de la surface de la puce, et dont le champ magnetique quadrupolaire est genere en partie par un fil microfabrique en forme de U. Un second transfert place les atomes dans un piege magnetique de type Ioffe-Pritchard utilisant le champ magnetique cree par un deuxieme fil en forme de Z. L'echantillon piege magnetiquement proche de la surface de la puce est alors refroidi par evaporation radio-frequence jusqu'a atteindre la condensation de Bose-Einstein. Lorsqu'on approche le nuage d'atomes froids de la surface des fils, celui-ci se fragmente. Ce phenomene traduit une rugosite du potentiel de piegeage due a l'inhomogeneite de la densite de courant dans le microfil en Z. Ce manuscrit presente la realisation de cette experience dans son integralite, des motivations initiales aux resultats experimentaux obtenus, et decrit l'ensemble des choix technologiques que nous avons effectues pour concevoir ce dispositif et parvenir a ces resultats.

•Jan 1, 2003•2 citations

Condensat de Bose-Einstein de sodium dans un piège mésoscopique

Emmanuel Mimoun

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.

•Jan 1, 2010•1 citation

Réalisation d'un condesat de Bose-Einstein sur une microstructure

Christine Aussibal

L'expérience qui fait l'objet de cette thèse s'inscrit dans un contexte d'évolution de la recherche en physique atomique vers le développement de systèmes miniaturisés pour la génération et la manipulation d'ondes de matière cohérentes. Il s'agit de la réalisation d'un condensat de Bose-Einstein d'un gaz dilué d'atomes de 87Rb piégés par le champ magnétique d'une microstructure. Dans notre cas, cette microstructure, ou puce, est constituée de fils d'or de dimensions micrométriques, déposés sur un substrat de silicium par lithographie optique. Expérimentalement, les atomes désorbés par un filament de rubidium sont chargés et refroidis dans un piège magnéto-optique dont le champ magnétique est créé par des bobines macroscopiques extérieures au système à vide. Le nuage est ensuite transféré dans un second piège magnéto-optique proche de la surface de la puce, et dont le champ magnétique quadrupolaire est généré en partie par un fil microfabriqué en forme de U. Un second transfert place les atomes dans un piège magnétique de type Ioffe-Pritchard utilisant le champ magnétique créé par un deuxième fil en forme de Z. L'échantillon piégé magnétiquement proche de la surface de la puce est alors refroidi par évaporation radio-fréquence jusqu'à atteindre la condensation de Bose-Einstein. Lorsqu'on approche le nuage d'atomes froids de la surface des fils, celui-ci se fragmente. Ce phénomène traduit une rugosité du potentiel de piégeage due à l'inhomogénéïté de la densité de courant dans le microfil en Z. Ce manuscrit présente la réalisation de cette expérience dans son intégralité, des motivations initiales aux résultats expérimentaux obtenus, et décrit l'ensemble des choix technologiques que nous avons effectués pour concevoir ce dispositif et parvenir à ces résultats.

•Nov 28, 2003•0 citations
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.
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.
L'experience qui fait l'objet de cette these s'inscrit dans un contexte d'evolution de la recherche en physique atomique vers le developpement de systemes miniaturises pour la generation et la manipulation d'ondes de matiere coherentes. Il s'agit de la realisation d'un condensat de Bose-Einstein d'un gaz dilue d'atomes de 87Rb pieges par le champ magnetique d'une microstructure. Dans notre cas, cette microstructure, ou puce, est constituee de fils d'or de dimensions micrometriques, deposes sur un substrat de silicium par lithographie optique. Experimentalement, les atomes desorbes par un filament de rubidium sont charges et refroidis dans un piege magneto-optique dont le champ magnetique est cree par des bobines macroscopiques exterieures au systeme a vide. Le nuage est ensuite transfere dans un second piege magneto-optique proche de la surface de la puce, et dont le champ magnetique quadrupolaire est genere en partie par un fil microfabrique en forme de U. Un second transfert place les atomes dans un piege magnetique de type Ioffe-Pritchard utilisant le champ magnetique cree par un deuxieme fil en forme de Z. L'echantillon piege magnetiquement proche de la surface de la puce est alors refroidi par evaporation radio-frequence jusqu'a atteindre la condensation de Bose-Einstein. Lorsqu'on approche le nuage d'atomes froids de la surface des fils, celui-ci se fragmente. Ce phenomene traduit une rugosite du potentiel de piegeage due a l'inhomogeneite de la densite de courant dans le microfil en Z. Ce manuscrit presente la realisation de cette experience dans son integralite, des motivations initiales aux resultats experimentaux obtenus, et decrit l'ensemble des choix technologiques que nous avons effectues pour concevoir ce dispositif et parvenir a ces resultats.
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.
L'expérience qui fait l'objet de cette thèse s'inscrit dans un contexte d'évolution de la recherche en physique atomique vers le développement de systèmes miniaturisés pour la génération et la manipulation d'ondes de matière cohérentes. Il s'agit de la réalisation d'un condensat de Bose-Einstein d'un gaz dilué d'atomes de 87Rb piégés par le champ magnétique d'une microstructure. Dans notre cas, cette microstructure, ou puce, est constituée de fils d'or de dimensions micrométriques, déposés sur un substrat de silicium par lithographie optique. Expérimentalement, les atomes désorbés par un filament de rubidium sont chargés et refroidis dans un piège magnéto-optique dont le champ magnétique est créé par des bobines macroscopiques extérieures au système à vide. Le nuage est ensuite transféré dans un second piège magnéto-optique proche de la surface de la puce, et dont le champ magnétique quadrupolaire est généré en partie par un fil microfabriqué en forme de U. Un second transfert place les atomes dans un piège magnétique de type Ioffe-Pritchard utilisant le champ magnétique créé par un deuxième fil en forme de Z. L'échantillon piégé magnétiquement proche de la surface de la puce est alors refroidi par évaporation radio-fréquence jusqu'à atteindre la condensation de Bose-Einstein. Lorsqu'on approche le nuage d'atomes froids de la surface des fils, celui-ci se fragmente. Ce phénomène traduit une rugosité du potentiel de piégeage due à l'inhomogénéïté de la densité de courant dans le microfil en Z. Ce manuscrit présente la réalisation de cette expérience dans son intégralité, des motivations initiales aux résultats expérimentaux obtenus, et décrit l'ensemble des choix technologiques que nous avons effectués pour concevoir ce dispositif et parvenir à ces résultats.