Réalisation d'éléments d'optique atomique : études d'un guide, d'une lame séparatrice dipolaire et d'un miroir concave magnétique
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The topic of this work deals with the realization of atom optic elements. We have developed and studied three elements: a dipole guide, a dipole beam-splitter and a magnetic concave mirror. These elements have been analysed by studying their influence on a 87Rb cold atoms cloud in propagation due to gravity. Cold atoms are produced in a magneto-optical trap. The atomic guide uses the dipole force created by a far red-detuned, vertically directed, TEM_00 laser beam. The dipole interaction leads to a potential well with finite depth, which transversally confine a large part of the atoms during their propagation. The guiding atoms do not expand due to their temperature. We have guided 15% of the atoms over a 30 cm distance. The beam-splitter uses the dipole force created by two crossed dipole guides, the first one along the vertical direction and the second one along an oblique direction at an angle of 0. 12 rad from the vertical. The atoms are first guided by the vertical guide along a 4 mm distance. Then the oblique guide is switched on. In the overlap region of the two crossing guides, the initial cloud is split. At the beam-splitter output, we obtain two clouds separated from about 1 mm. The splitter efficiency is about 40%. The magnetic concave mirror uses the Stern and Gerlach effect. After a 2 mm fall in the gravity field, the atoms are submitted to a magnetic field gradient created by two coils in the anti-Helmholtz configuration. This magnetic field induces cloud bounces because it creates a potential well in which the cloud oscillates and undergoes transverse focalisations. We have observed two bounces and multiple focalisations.
Abstract FR:
L'objet de cette thèse est la réalisation d'éléments d'optique atomique. Nous avons développé et étudié trois éléments: un guide dipolaire, une lame séparatrice dipolaire et un miroir concave magnétique. Ces éléments ont été caractérisés en étudiant leur influence sur un nuage d'atomes froids de 87Rb en propagation sous l'effet de la gravité. Les atomes froids sont produits à l'aide d'un piège magnéto-optique. Le guide à atomes repose sur l'utilisation de la force dipolaire crée par un faisceau laser de mode TEM_00, orienté verticalement et très éloigné vers le rouge de toute résonance atomique. L'interaction dipolaire créée un puits de potentiel de profondeur finie qui confine transversalement une partie des atomes au cours de leur propagation, les empêchant de s'étendre sous l'effet de leur température. Nous avons ainsi guidé 15% des atomes sur une distance de 30 cm. La lame séparatrice utilise la force dipolaire créée par deux guides dipolaires croisés. Le premier est orienté verticalement et le second suivant une direction oblique d'angle 0,12 rad. Les atomes sont, dans un premier temps, guidés par le guide vertical sur une hauteur de 4 mm. A cette altitude, le guide oblique est allumé. Dans la zone de recouvrement des deux guides, le nuage d'atomes est scindé en deux. A la sortie de la lame, on obtient deux nuages atomiques séparés d'environ 1 mm. L'efficacité de transfert d'un bras à l'autre est de l'ordre de 40%. Le miroir concave magnétique utilise l'effet Stem et Gerlach. Les atomes préalablement accélérés par la gravité rebondissent lorsque l'on allume le gradient de champ magnétique créé par une paire de bobines en configuration anti-Helmholtz. Le puits de potentiel auquel sont soumis les atomes crée une cavité dans laquelle le nuage oscille et subit une succession de focalisations et de défocalisations. Nous avons ainsi pu observer deux rebonds et plusieurs focalisations.