Manipulation d'atomes froids dans des potentiels lumineux : I. Condensat de Bose-Einstein ''tout-optique'' dans le régime d'emballement ; II. Trampoline à atomes froids : gravimètre et interféromètre atomique ; III. Condensat de Bose-Einstein dans un désordre à deux dimensions

Manipulation of cold atoms in light-induced potentials

• Auteur / Autrice : Jean-Philippe Brantut
• Direction : Philippe Bouyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interférométrie atomique

Mots clés libres

Piège dipolaire optique

Refroidissement évaporatif

Gravimétrie

Conduction à deux dimensions

Résumé

Ce manuscrit présente une série d'expériences réalisées sur des atomes de Rubidium piégés et refroidis grâce à des forces induites par laser. Lorsque le laser est très désaccordé par rapport aux résonances de l'atome, la force exercée est conservative et l'on parle de potentiels lumineux. Dans un premier temps, nous présentons un piège optique basé sur ce principe, créé par un laser à 1565 nm. Dans ce piège, les atomes sont refroidis par évaporation jusqu'à la condensation de Bose-Einstein, dans le régime d'emballement. Dans ce régime la densité augmente au cours du refroidissement ce qui rend la procédure plus efficace. Nous présentons ensuite deux expériences dans lesquelles le condensat est placé dans un trampoline à atomes vertical. Ce trampoline résulte de l'application périodique d'un potentiel lumineux formé par une onde stationnaire verticale. Nous étudions deux régimes de fonctionnement de ce système : un régime classique dans lequel les atomes rebondissent périodiquement sur l'onde lumineuse, et un régime quantique dans lequel les ondes de matière atomiques sont en plus séparées par les pulses et suivent des trajectoires différentes qui se recombinent périodiquement, donnant lieu à des interférences. Dans les deux cas, notre système peut être utilisé comme gravimètre. Enfin, nous plaçons notre condensat dans un potentiel très confinant dans la direction verticale, ce qui le comprime dans une géométrie bidimensionnelle. Le condensat est ensuite soumis à un potentiel lumineux aléatoire réalisé par une figure de speckle. Nous étudions les propriétés de transport du nuage dans le plan, en présence du potentiel aléatoire.

This thesis presents experiments where Rubidium atoms are manipulated thanks to laser-induced forces. When the laser is far off-resonance, the light-induced force is conservative, and corresponds to light-induced potentials. First, we present an optical dipole trap for Rubidium atoms created by a laser at 1565 nm. Ln this trap, atoms are cooled by evaporation down to Bose-Einstein condensation. This cooling takes place in the runaway regime, where the density increases with cooling, leading to an improved efficiency. We then present two experiments where a condensate is put into a vertical trampoline. This trampoline is based on an optical lattice created by a vertical standing wave. We study two regimes of this trampoline: in the classical regime, the atoms bounce periodically on the standing wave, while in the quantum regime, atomic matter waves are split in packets that follow separated trajectories, which periodically recombine, leading to interferences. Ln both regimes the trampoline provides a measurement of gravity. Eventually, we put our condensate in an optical trap that tightly confines atoms in the horizontal plane. The Bose-Einstein condensate is then submitted to a random optical potential created by a laser speckle. We then study the in-plane transport of atoms in the random potential.