Simultaneous D1 laser cooling of Bose-Fermi Lithium isotopes Cette thèse porte sur la construction d’une expérience de nouvelle génération sur un mélange de gaz quantiques bosons-fermions. Nous implémentons un refroidissement sub-Doppler D1 simultané sur les isotopes ⁶Li et ⁷Li de l’atome de lithium. Nous opérons une mélasse D1 sur la transition |Fg = 2⟩ → |Fe = 1⟩ du ⁷Li et la transition |Fg = 3/2⟩ → |Fe = 3/2⟩ du ⁶Li qui présentent des états noirs. En utilisant une nouvelle séquence pulsée, nous refroidissons les deux isotopes à partir d’une température de piège magnéto-optique (MOT) de ∼ 1 mK à moins de 100 µKen 3 ms. Nous discutons de l’optimisation de la séquence de refroidissement pulsé. Nous fournissons également une description détaillée de la machine en nous concentrant en particulier sur le système de diode lasers, la conception des bobines de champ magnétique et le nouveau contrôle informatique de l’expérience. Les densités dans l’espace des phases obtenues, de ∼ 2 × 10⁻⁶ pour les deux isotopes, sont adaptées au chargement direct d’un piège dipolaire fortement désaccordé avec∼ 7×10⁵ atomes où un refroidissement par évaporation jusqu’à la double dégénérescence quantique pourrait être effectué. Nos résultats ouvrent la voie à l’étude des propriétés quantiques des mélanges Bose-Fermi à très basse température.
Simultaneous D1 laser cooling of Bose-Fermi Lithium isotopes Cette thèse porte sur la construction d’une expérience de nouvelle génération sur un mélange de gaz quantiques bosons-fermions. Nous implémentons un refroidissement sub-Doppler D1 simultané sur les isotopes ⁶Li et ⁷Li de l’atome de lithium. Nous opérons une mélasse D1 sur la transition |Fg = 2⟩ → |Fe = 1⟩ du ⁷Li et la transition |Fg = 3/2⟩ → |Fe = 3/2⟩ du ⁶Li qui présentent des états noirs. En utilisant une nouvelle séquence pulsée, nous refroidissons les deux isotopes à partir d’une température de piège magnéto-optique (MOT) de ∼ 1 mK à moins de 100 µKen 3 ms. Nous discutons de l’optimisation de la séquence de refroidissement pulsé. Nous fournissons également une description détaillée de la machine en nous concentrant en particulier sur le système de diode lasers, la conception des bobines de champ magnétique et le nouveau contrôle informatique de l’expérience. Les densités dans l’espace des phases obtenues, de ∼ 2 × 10⁻⁶ pour les deux isotopes, sont adaptées au chargement direct d’un piège dipolaire fortement désaccordé avec∼ 7×10⁵ atomes où un refroidissement par évaporation jusqu’à la double dégénérescence quantique pourrait être effectué. Nos résultats ouvrent la voie à l’étude des propriétés quantiques des mélanges Bose-Fermi à très basse température.
Mélanges ultrafoids de Fermi et refroidissements laser sub-Doppler simultané de fermioniques 6Li et 40K Ce travail rend compte de nouvelles techniques développées pour l'étude expérimentale de gaz ultrafroids de lithium et de potassium fermioniques. Les améliorations de notre expérience 6Li-40K y sont décrites et caractérisées. Nous présentons un laser solide de grande finesse capable d'émettre 5W de puissance à 671 nm. Nous utilisons cette source laser dans le contexte d'une nouvelle technique de refroidissement sub-Doppler, reposant sur la transition atomique D1 des atomes alcalins, pour refroidir des atomes de lithium. Cette melasse D1 nous permet de refroidir simultanément les atomes de 6Li et de 40K à des températures bien inférieures à la limite Doppler, tout en manipulant des grands nombres d'atomes à des densités importantes. Nous avons mesuré une densité dans l'espace des phases après l'étape de mélasse de l'ordre de 10-4 à la fois pour le 6Li et le 40K. Le refroidissement laser D1 ouvre la voie à une évaporation rapide vers la dégénérescence quantique dans un piège magnétique ou optique. Nous présentons le refroidissement évaporatif d'atomes de 40K. L'évaporation débute dans une piège magnétique pluggé et continue dans un piège dipolaire optique. A l'issue de l'évaporation, nous obtenons un mélange de spins dégénéré, avec plus de 7x105 atomes dans chacun des deux états de spin et une température T/TF<0.34.
Piégeage et refroidissement d'atomes fermioniques alcalins jusqu'à dégénérescence quantique : refroidissement sub-doppler du Potassium-40 et du Lithium-6 dans des mélasses grises Ce mémoire décrit la conception, la construction et la caractérisation d'un appareil capable de piéger et refroidir des atomes fermioniques de 6Li et 40K à des températures ultrabasses. L'étude des mélanges des gazes de Fermi dégénérés ouvre la porte vers la création des nouveaux systèmes quantiques à N corps. Nous présentons une nouvelle technique de refroidissement laser capable de refroidir simultanément 6Li et 40K à des températures sub-doppler basée sur un schéma de molasses grises fonctionnant sur la transition atomique D1. Cette stratégie améliore la densité dans le espace des phases des deux espèces atomiques à 104, la valeur la plus élevée rapportée dans la littérature pour le refroidissement laser du 6Li et du40K. L'optimisation d'un dispositif capable de transporter un nuage atomique piégé magnétiquement de l'enceinte MOT à une cellule de science est décrite. Dans cette cellule on effectue du refroidissement évaporatif d'abord dans un piège magnétique quadripolaire dont le zéro du champ est interdit par un potentiel répulsif et après dans un piège optique dipolaire. Nous rapportons la production d'un gaz quantique de Fermi dégénéré de 1.1x106 atomes de 40K dans un piège dipolaire croisé avec T/TF = 0.27,ouvrant la voie à la création des superfluides de 40K en interactions fortes.
Ce mémoire décrit la conception, la construction et la caractérisation d'un appareil capable de piéger et refroidir des atomes fermioniques de 6Li et 40K à des températures ultrabasses. L'étude des mélanges des gazes de Fermi dégénérés ouvre la porte vers la création des nouveaux systèmes quantiques à N corps. Nous présentons une nouvelle technique de refroidissement laser capable de refroidir simultanément 6Li et 40K à des températures sub-doppler basée sur un schéma de molasses grises fonctionnant sur la transition atomique D1. Cette stratégie améliore la densité dans le espace des phases des deux espèces atomiques à 104, la valeur la plus élevée rapportée dans la littérature pour le refroidissement laser du 6Li et du40K. L'optimisation d'un dispositif capable de transporter un nuage atomique piégé magnétiquement de l'enceinte MOT à une cellule de science est décrite. Dans cette cellule on effectue du refroidissement évaporatif d'abord dans un piège magnétique quadripolaire dont le zéro du champ est interdit par un potentiel répulsif et après dans un piège optique dipolaire. Nous rapportons la production d'un gaz quantique de Fermi dégénéré de 1.1x106 atomes de 40K dans un piège dipolaire croisé avec T/TF = 0.27,ouvrant la voie à la création des superfluides de 40K en interactions fortes.
Expériences avec des Gaz de Fermi Ultrafroids : dégénérescence quantique de potassium-40 et sources lasers à l’état solide pour lithium Cette thèse présente de nouvelles techniques pour l'étude expérimentale des gaz quantique ultrafroids d'atomes fermioniques de lithium et de potassium. Dans la première partie de cette thèse, nous décrivons la conception et la caractérisation des nouveaux composants de notre dispositif expérimental capable de piéger et refroidir simultanément des atomes de ⁶Li et de ⁴⁰K à des températures ultrabasses. Nous rendons compte d'une nouvelle technique de refroidissement sub-Doppler, reposant sur la transition de la raie D₁ des atomes alcalins, pour refroidir des atomes de lithium et de potassium par laser. Après cette étape de mélasse, nous avons mesuré une densité dans l'espace des phases de l'ordre de 10⁻⁴ à la fois pour le ⁶Li et le ⁴⁰K. Nous présentons le refroidissement par évaporation forcée d'atomes de ⁴⁰K qui commence dans un piège magnétique quadripolaire pluggé et continue dans un piège optique dipolaire. Dans ce contexte, nous rendons compte de la production d'un gaz quantique de Fermi dégénéré de 1.5x10⁵ atomes de ⁴⁰K dans un piège dipolaire croisé avec T/T_{_F} = 0.17, ce qui ouvre la voie à l'étude des superfluides de ⁴⁰K en interaction forte. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous présentons une source laser à état solide, de faible largeur spectrale et capable d'émettre 5.2 W de puissance autour de 671 nm, dans la gamme des longueurs d'onde des transitions de la raie D du lithium. La source repose sur un laser en anneau pompé par diode, émettant sur la transition à 1342 nm de Nd:YVO₄, capable de produire 6.5 W de lumière dans un faisceau monomode limité par la diffraction. Nous rendons compte de trois différentes approches pour la génération de seconde harmonique du faisceau de sortie, à savoir en utilisant une cavité amplificatrice comprenant un cristal ppKTP, par doublage de fréquence intracavité et par un structure de guide d'onde de ppZnO:LN.
Ce mémoire décrit la construction d'une expérience visant à produire un gaz de 6Li fermionique dégénéré par refroidissement évaporatif dans un piège magnétique. Il décrit également quelques propriétés d'un gaz de fermions dans le régime de dégénérescence quantique. A cause du principe d'exclusion de Pauli, le refroidissement évaporatif standard d'un gaz de fermions devient inefficace à basse température. La méthode proposée dans ce mémoire contourne cette limitation grâce à l'utilisation d'un mélange de fermions (6Li), et bosons (7Li). Le montage réalisé comprend un jet intense d'atomes de lithium ralentis par laser, un piège magnéto-optique à faisceaux de gros diamètre et un piège magnétique conçu de façon à produire de très forts gradients de champs. Une nouvelle source laser à semiconducteur émettant plusieurs composantes de fréquence autour de 670 nm a été développée. Ainsi 4 10(8) atomes de 6Li et 10(10) atomes de 7Li ont été confinés simultanément dans le piège magnéto-optique à une température de 1 mK. Les atomes sont ensuite transférés dans une zone éloignée de 5 cm où un piège de Ioffe-Pritchard à fort gradient les confine. Ce piège contient actuellement 4 10(8) atomes de 7Li à une température $\simeq$2 mK, et possède une durée de vie de 75 s. Sur un plan théorique, ce mémoire propose une nouvelle méthode de mesure de la dégénérescence de Fermi pour un gaz idéal. Cette méthode est très sensible. Elle repose sur l'inhibition de la relaxation collisionnelle d'un gaz de particules tests lorsque la température devient plus faible que la température de Fermi. Enfin, nous proposons une nouvelle méthode de refroidissement optique combinant collisions inélastiques et pompage optique.
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.