Atom gravimetry: Improvement of accuracy and new geometries
Gravimétrie atomique, amélioration de l'exactitude et nouvelles géométries
Résumé
The goal of the absolute gravimeter is to measure the gravitational accelration with a relative accuracy of 10-9 for the metrological "watt balance" project. During my thesis, we developped a new vaccum chamber, which allowed us to evaluate the limiting systematic errors. The gravimeter was made transportable and was installed close to the LNE watt balance. The gravimeter uses atom interferometry, where a cold cloud of 87Rb atoms in free fall is manipulated thanks to two-photon transitions. We reduced the measurement uncertainty below the goal, except for laser wavefront aberation effects. This is currently under investigations and we aim for perfect control of the atomic trajectories. During the year 2010, our atomic gravimeter participated in international "Key" comparisons. The results we obtained are in agreement with other gravimeters, but we observed some fluctuations in the differences with other gravimeters, caused by variations of the wavefront aberration effects. In parallel, we developed three new methods of atom interferometry measurement. The first method uses a three-point algorithm which makes the measurement robust from vibrations. The second consists in diffracting atoms simultaneously by the four fields present in the chamber, in order to double the area of the interferometer, and thus increases its intrinsic sensitivity. Last, we designed and characterized a hollow pyramid, which allows the differents lasers to be replaced by a single laser beam, in order to create a compact transportable atomic gravimeter.
L'objectif du gravimètre absolu est de déterminer la valeur de l'accélération de pesanteur g avec une incertitude relative de 10-9 pour le projet métrologique de "balance du watt". Nous avons développé pendant ma thèse une nouvelle enceinte à vide permettant l'évaluation des effets systématiques limitant. Le gravimètre a été rendu transportable et placé à côté de la balance du LNE. Le gravimètre repose sur des techniques d'interférométrie atomique, où un nuage d'atomes froids de 87Rb en chute libre est manipulé au moyen de transitions à deux photons. Nous avons réduit l'incertitude sur l'ensemble des biais au-dessous de l'objectif, excepté l'effet des aberrations du front d'onde des faisceaux lasers. Il est actuellement l'objet de nos investigations et nous cherchons à contrôler le mieux possible la trajectoire des atomes. Au cours de l'année 2010, notre gravimètre atomique a participé à des comparaisons "clefs" internationales. Les valeurs de g obtenues sont en accord, mais nous relevons des fluctuations de l'écart avec les autres gravimètres, liées en partie aux variations de l'effet d'aberration. Nous avons développé en parallèle trois nouvelles techniques de mesures d'interférométrie atomique. La première utilise un algorithme à trois coups qui rend la mesure robuste aux vibrations. La seconde consiste à diffracter les atomes simultanément au moyen des quatre champs présents dans l'enceinte à vide afin de doubler l'aire de l'interféromètre et donc sa sensibilité intrinsèque. Enfin nous avons conçu et caractérisé une pyramide creuse, qui permet de substituer aux différents lasers un unique large faisceau, afin de créer un gravimètre atomique transportable compact.