CHARACTERIZATION OF A COLD ATOM INERTIAL SENSOR
CARACTERISATION D'UN CAPTEUR INERTIEL A ATOMES FROIDS
Résumé
Since recent developments in atom cooling techniques, matter wave applications are numerous. We present the first realization of a rate-gyroscope based on matter-waves associated to cold atoms, in order to reach a high sensitivity and stability. The setup, based on the Sagnac effect, is an atom interferometer where beam splitters and mirrors are realized with lasers pulses inducing stimulated Raman transitions. At the interferometer output, the phase shift between the two arms depends both on accelerations and rotations. We then use two counterpropagating atomic sources in order to discriminate between rotation and acceleration. We tested a new geometry for the laser beams, based on the lasers retroreflection, in order to reduce spurious phase shifts due to wavefront distorsions. The characterization of the first interferometric signal obtained with this setup is presented in this document. Thanks to the implementation of a vibration isolation system, sensitivities obtained after one second are 2,2.10-6 rad.s-1 for rotation et 6,2.10-6 m.s-2 for acceleration. This first characterization revealed the main limitation of the setup, which is presently the number of useful atoms. Further modifications on the experiment will improve this point. A new interferometer was tested, which presents a sensitivity to the rotation axis parallel to the atomic mean direction. This geometry opens possibilities for a new type of rate-gyroscopes, with very high sensitivity and stability.
Depuis les développements des techniques de refroidissement d'atomes, les applications des ondes de matière ont fleuri. On présente la première réalisation d'un gyromètre fonctionnant sur des ondes associées à des atomes froids, dans le but d'atteindre une sensibilité et une stabilité inégalées. L'appareil, basé sur l'effet Sagnac, est un interféromètre atomique dont les séparatrices et miroirs sont réalisés à l'aide d'impulsions lasers induisant des transitions Raman stimulées aux nuages d'atomes froids de césium. En sortie de l'interféromètre, le déphasage dépend de la vitesse de rotation et de l'accélération de l'appareil. On utilise alors deux sources atomiques contrapropageantes afin de discriminer l'accélération de la rotation. Une géométrie novatrice permet de réduire les déphasages parasites dus aux aberrations des optiques, en rétroréfléchissant les faisceaux lasers réalisant les séparatrices. L'obtention d'un premier signal et sa caractérisation sont présentées dans cette thèse. Grâce à la mise en place d'un système d'isolation des vibrations, les sensibilités obtenues sur une seconde sont de 2,2.10-6 rad.s-1 pour la rotation et 6,2.10-6 m.s-2 pour l'accélération. Cette première caractérisation a mis en évidence la principale limite actuelle de l'appareil, qui est le nombre d'atomes utiles. Diverses modifications sur l'expérience permettront d'améliorer ce point. Par ailleurs, un nouvel interféromètre a été testé, fournissant une mesure de l'axe de rotation horizontal perpendiculaire aux faisceaux lasers, habituellement inaccessible. Cette géométrie ouvre la voie à de nouveaux types de gyromètres, de très hautes sensibilité et stabilité.
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