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Thèse Année : 2009

Advanced Ultracold Sources for Atomic Physics and Atom Interferometry

Sources Ultrafroides Avancées pour l'Interféromètrie et la Physique Atomiques

Julien Dugué
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 862773

Résumé

In this thesis we present ultracold sources using Bose-Einstein Condensates for atom interferometry and atomic physics applications. We produce a 87 Rb atom laser using an optical Raman out-coupling technique. The atoms are transferred from their initial magnetically trapped state to a state which is insensitive to magnetic fields and subsequently fall under gravity. We show that, in contrast to a standard Radio-Frequency (RF) out-coupling method, the initial momentum imparted to the atoms reduces the divergence and improves the spatial profile of the beam. Alternatively, we demon- strate that each of the two Raman beams can be used independently to provide efficient and coherent splitting of the atom laser using a fraction of back-reflected light. We also investigate theoretically the dynamics of RF out-coupled atom laser systems. Then we present details of significant improvements on the experimental setup used to condense metastable helium atoms (4He* ). We present the layout of a new laser system operated for trapping and cooling the atoms, as well as the optical configuration to transfer them into a dipole trap or an optical lattice. A channel electron multiplier is added to provide a non-destructive real-time detection method based on Penning collisions. Finally, we describe the design of a new magnetic trap with improved optical access, which we conceived and constructed to allow for 4He* Bose-Einstein condensation to be compatible with in-situ loading of the condensed gas into a 3 dimensional lattice.
Dans ce mémoire nous présentons des sources ultra-froides utilisant des condensats de Bose-Einstein pour des applications en interféromètrie et physique atomiques. Nous produisons un laser à atomes de 87 Rb par couplage optique Raman. Initialement piégés magnétiquement, les atomes sont transférés dans un état insensible aux champs magnétiques et tombent sous l'effet de la gravité. Nous montrons qu'à l'inverse d'une méthode d'extraction Radio-Fréquence l'impulsion transférée aux atomes permet de réduire la divergence et d'améliorer le profil spatial du faisceau atomique. Nous prouvons que chacun des deux faisceaux Raman peut être utilisé indépendemment pour diffracter le laser à atomes de manière efficace et cohérente en utilisant une fraction de lumière rétro-diffusée. La dynamique des lasers à atomes extraits par couplage RF est également étudiée théoriquement. Nous détaillons ensuite les améliorations apportées au dispositif expérimental permettant de condenser des atomes d'hélium métastable (4He* ). Nous décrivons l'ensemble du nouveau système laser destiné au piégeage et au ralentissement des atomes, ainsi qu'à leur transfert dans un piège dipolaire ou un réseau optique. L'ajout d'un multiplicateur d'électrons fournit une méthode de détection non-destructive en temps réel fondée sur les collisions Penning. Enfin, nous présentons un nouveau piége magnétique à grande accessibilité optique, conçu et construit pour produire un condensat d'atomes 4He* et le transférer, in-situ, dans un réseau optique à 3 dimensions.
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Dates et versions

tel-00410953 , version 1 (25-08-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00410953 , version 1

Citer

Julien Dugué. Advanced Ultracold Sources for Atomic Physics and Atom Interferometry. Atomic Physics [physics.atom-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00410953⟩
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