Conception and realisation of a cold atom gravimeter
Conception et réalisation d'un gravimètre à atomes froids
Résumé
We present the realisation of a matter wave interferometer which measures the acceleration
of gravity. The wave-packets of 87Rb atoms are manipulated with two counter-propagating
laser inducing stimulated Raman transitions. These transitions are used to create an interferometer
and the interferometric phase difference depends on the acceleration of the atoms in the laboratory's
referential. When the Raman lasers are applied vertically, the interferometer is sensitive to the Earth
acceleration g. In the context of the watt balance experiment, realised at LNE, the knowledge of the
Earth acceleration is required with an uncertainty of g/g = 10−9. The goal of our gravimeter is to
obtain a sensitivity of 10−9g in less than one minute of integration, and an accuracy better than 10−9g.
A particular care was brought to conceive a compact experimental set-up so that it could be moved. It
will then be placed close to the balance or in different measure sites to compare it with other absolute
gravimeters. We have reached a sensitivity of 7 × 10−8g.Hz−1/2, enabling to get a statistical uncertainty
of 3 × 10−9g after 1000 seconds of integration. A first analysis of the noise sources enabled us
to identify the improvements required on the set-up and in particular those concerning the vibrations
which currently limit the short term sensitivity.
of gravity. The wave-packets of 87Rb atoms are manipulated with two counter-propagating
laser inducing stimulated Raman transitions. These transitions are used to create an interferometer
and the interferometric phase difference depends on the acceleration of the atoms in the laboratory's
referential. When the Raman lasers are applied vertically, the interferometer is sensitive to the Earth
acceleration g. In the context of the watt balance experiment, realised at LNE, the knowledge of the
Earth acceleration is required with an uncertainty of g/g = 10−9. The goal of our gravimeter is to
obtain a sensitivity of 10−9g in less than one minute of integration, and an accuracy better than 10−9g.
A particular care was brought to conceive a compact experimental set-up so that it could be moved. It
will then be placed close to the balance or in different measure sites to compare it with other absolute
gravimeters. We have reached a sensitivity of 7 × 10−8g.Hz−1/2, enabling to get a statistical uncertainty
of 3 × 10−9g after 1000 seconds of integration. A first analysis of the noise sources enabled us
to identify the improvements required on the set-up and in particular those concerning the vibrations
which currently limit the short term sensitivity.
Nous présentons la réalisation d'un interféromètre à ondes de matière mesurant l'accélération
de la pesanteur. Les paquets d'ondes d'atomes de 87Rb sont manipulés à l'aide de deux lasers
induisant des transitions Raman stimulées. Ces transitions servent à créer un interféromètre atomique
dont le déphasage dépend de l'accélération des atomes dans le référentiel du laboratoire. Lorsque les
lasers Raman sont appliqués verticalement, l'interféromètre est sensible à l'accélération de la pesanteur
g. Dans le contexte de l'expérience de balance du watt, réalisée au LNE, la connaissance de la
valeur de l'attraction terrestre est requise avec une incertitude de g/g = 10−9. L'objectif de notre
gravimètre est d'obtenir une sensibilité de 10−9g en moins d'une minute d'intégration et une exactitude
meilleure que 10−9g. Un effort particulier a été apporté pour concevoir un dispositif expérimental
compact, afin de faciliter son transport. Il pourra ainsi être déplacé à proximité de la balance ou sur
divers sites de mesure pour effectuer des comparaisons avec d'autres gravimètres. Nous avons obtenu
une sensibilité de 7 × 10−8g.Hz−1/2 qui permet d'atteindre une incertitude statistique de 3 × 10−9g
après 1000 secondes d'intégration. Une première analyse des sources de bruits expérimentaux nous
a permis d'identifier les améliorations à apporter au dispositif et en particulier celles concernant les
vibrations qui limitent actuellement la sensibilité court terme.
de la pesanteur. Les paquets d'ondes d'atomes de 87Rb sont manipulés à l'aide de deux lasers
induisant des transitions Raman stimulées. Ces transitions servent à créer un interféromètre atomique
dont le déphasage dépend de l'accélération des atomes dans le référentiel du laboratoire. Lorsque les
lasers Raman sont appliqués verticalement, l'interféromètre est sensible à l'accélération de la pesanteur
g. Dans le contexte de l'expérience de balance du watt, réalisée au LNE, la connaissance de la
valeur de l'attraction terrestre est requise avec une incertitude de g/g = 10−9. L'objectif de notre
gravimètre est d'obtenir une sensibilité de 10−9g en moins d'une minute d'intégration et une exactitude
meilleure que 10−9g. Un effort particulier a été apporté pour concevoir un dispositif expérimental
compact, afin de faciliter son transport. Il pourra ainsi être déplacé à proximité de la balance ou sur
divers sites de mesure pour effectuer des comparaisons avec d'autres gravimètres. Nous avons obtenu
une sensibilité de 7 × 10−8g.Hz−1/2 qui permet d'atteindre une incertitude statistique de 3 × 10−9g
après 1000 secondes d'intégration. Une première analyse des sources de bruits expérimentaux nous
a permis d'identifier les améliorations à apporter au dispositif et en particulier celles concernant les
vibrations qui limitent actuellement la sensibilité court terme.
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