Atteindre le nano-g avec un gravimètre absolu à atomes froids

Reaching the nano-g with an absolute cold atoms gravimeter

• Auteur / Autrice : Maxime Pesche
• Direction : Franck Pereira
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 06/12/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : SYstèmes de de Référence Temps-Espace
• Jury : Président / Présidente : Catherine Schwob
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Pereira dos santos, Patrick Cheinet, Agnes Maitre, Laurent Longchambon, Baptiste Battelier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Longchambon, Baptiste Battelier

Mots clés

Mots clés libres

Interférométrie atomique

Gravimetre

Capteur inertiel

Atomes froids

Atomic interferometry

Gravimeter

Inertial sensor

Colds atoms

Résumé

Cette thèse présente les derniers travaux réalisés sur le gravimètre absolu à atomes froids du LNE-SYRTE. Pour mesurer g, cet instrument, le CAG, réalise un interféromètre atomique à l'aide d'impulsions Raman sur un nuage d'atomes froids de Rubidium 87 en chute libre. L'incertitude de mesure du CAG sont limitées par le faisceau Raman, son profil de phase et d'intensité. Durant ma thèse, l'instrument a été déménagé à l'Observatoire de Paris pour y apporter des améliorations afin de réduire ces effets et repousser les limites du CAG. Après une remise en route de l'instrument qui nous a permis d'atteindre des sensibilités similaires aux précédentes de 20e-9 g Hz^(-1/2), nous avons repris et poursuivi les études liées au faisceau Raman. Le manuscrit détaille ces travaux qui m'ont amené à étudier la stabilité de puissance dans chacun des deux faisceaux Raman, ainsi que l'impact des inhomogénéités du profil d'intensité. Une étude du profile d'intensité, et en particulier de ses défauts, nous a amené à une étude détaillée sur le contraste. En effet, ces défauts sont une source d'inhomogénéité de déplacement lumineux sur le nuage d'atome, causant une perte de contraste, pouvant amener à une limite de sensibilité. Ce phénomène cause également un biais sur la mesure de g, de l'ordre de 5e-9 g, qui n'est pas éliminé de l'algorithme de mesure et doit donc être pris en compte dans le bilan d'incertitude. Nous présentons également des premiers résultats du contrôle optimal de transitions Raman, une méthode expérimentale ayant pour but d'améliorer l'efficacité des transitions, et donc le contraste de l'interféromètre.

This thesis present the latest work realized on the absolute colds atoms gravimeter of the LNE-SYRTE. To measure $g$, this device, called CAG, realize an atomic interferometer with Raman pulses on a free falling atomic cloud of Rubidium 87. The accuracy of the CAG's measurements are limited by the Raman beam, its phase and intensity profile. During my thesis, the apparatus was moved to the Observatoire de Paris in order to include the upgrades in order to reduce those effects and further extend the limits of the CAG. After the restart of the device, which able us to reach similar sensibilities than previously at 20e-9 g Hz^(-1/2), we have continued the studies related to the Raman beam. The manuscript details this work, which guides me to study the stability of the intensity of each Raman beam, as well as the impact of the inhomogeneities of the intensity profile. We demonstrate that those inhomogeneities are a source of light shift distribution on the atomic cloud, which cause a loss of contrast. This phenomena also cause a bias on the measurement of g, of the order of 5e-9 g, which is not eliminated by the measurement algorithm, and should be taken into account into the uncertainty budget. We also present the first results of the optimal control of the Raman transition, an experimental method with the goal to improve the efficiency of the transitions, and thus the contrast of the interferometer.