Le ralentissement du jet atomique 

Le ralentissement du jet atomique 

Cette partie de ce mémoire est consacrée àla description du ralentissement du jet atomique. Après une introduction justifiantlechoix deJa cep­ tibles d’être alimentées à partir du jet d’ H e*nécessitent des vitesses bien plus faibles. D’autre part, il est également souvent souhaitable de pouvoir réduire la dispersion en vitesse longi­tudinale, pour obtenir l’équivalent d’un faisceau quasi-monochromatique en optique. Les tech­ niques les plus répandues pour atteindre ces objectifs font appel à la pression de radiation exercée par un faisceau laser contrapropagatif au jet atomique. On peut’ ainsi en principe décélérer les atomes au taux maximal a Doppler: il faut donc compenser cette augmentation pour maintenir l’atome en résonance avec le laser ralentisseur. On a alors deux possibilités: soit varier la fréquence du laser au cours du ralentissement, soit ajuster la fréquence associée à la transition atomique elle-même. Ces deux approches ont donné naissance aux deux techniques les plus fréquemment em­ ployées dans le ralentissement de jets atomiques: Je glissement de fréquence (ou »chirping ») et le ralentissement Zeeman. approche utilise un champ. magnétiqueinhomogène pour fairevarierJafréquence associée à la transition atomique par effet Zeeman; Proposée:etdémontréepar:Phillips et Metcalf [34J , cette technique de ralentissement possèdedegrosavantages:uici;,Ja.;dasse de vitesse a.vec ·le:taux « maximal autorisé par la pression de radiation; nous reviendrons plus loin sur cette remarque, qui n’a pas pas d’influence surJes considérations générales développées ici.

Dans cette situation, les atomes qui sont sortis du ralentisseur (B 0) n’interagissent plus avec le laser, ce qui présente deux avantages importants. Dans l’hypothèse où le ralentisseur alimente un piège magnéto-optique, on évite ainsi l’interaction entre les atomes piégés et le laser ralentisseur. D’autre part, en évitant l’interaction entre atomes ralentis et laser ralentisseur, on supprime le « chauffage » qui résulte de cette interaction et qui devient très important pour les faibles vitesses finales. conception de’la première partie du ralentisseur Zee:..’ man. Nous verrons que cette phase du ralentissement est particulièrement critique, ce qui jus­ tifie le soin qui a été apporté à la conception du système qui. génère le champ magnétique: Celui-ci est donc décrit en détail. à un diamètre. du faisceau atomique supérieur au .cm :. nous avons. estimé que ce point constitue un bon compromisl’our:y.effectuerda·;compression spatiale: Le champ magnétique maximal nécessaire.pourralentirles· atomes::dans~.c:esconditions vaut donc: . Je..mêmecourant.. On calculeJechampmagnétiquegénéré:par:.un’tebsystème~en sommant les contributions des différents solénoïdes. Chacun d’entre eux crée au point p,de cote z,un champ magnétique: /2). Cette expression n’est en principe valable que sur l’axe; on supposera cependant pour toute la suite que le champ est uniforme dans le plan transverse à l’axe du solénoïde .

On a représenté sur cette figure la valeur absolue du gradientl8B/ 8z1 de champ magnétique’ en fonction de la position dans le ralentisseur. Le gradient de champ magnétique « réel » (pro­ fil avec les oscillations) est obtenu en ajoutant les contributions des 20 solénoïdes, chacune étant calculée à l’aide de la formule (III.42). La courbe en traits pleins est obtenue pour le champ « idéal » (expression (III.35)) correspondant à notre jeu de paramètres. La courbe en pointillés représente la pente maximale admissible, telle qu’elle est donnée par le terme de droite de l’inégalité (III.32).  est inversement proportionnel à N. La longueur de chute Zc ne dépend que du diamètre du solénoïde considéré, avec lequel elle croît linéairement. Il y a donc un compromis à adopter entre nombre de couches et diamètre des solénoïdes: on peut effet Joule dans’ ,le bobinage. Iciencore, unnombre élevé de couches constitueunavantage;-En effet;le courant i nécessaire pour créer un champ donné est inversement proportionnel à N, tandis que la longueur de fil .bobiné, etdonc la.

 Pente du’ profil de champ magnétique. On a’ tracé sur cette figure la pente (va.:. leur absolue) calculée du profil de.champ .magnétique en fonction de la position dans le ra­ lentisseur.’ La pente « réelle » (courbe avec.les oscillations) est obtenue en sommant les contribu:.,. tions de, 20 solénoïdes, .calculées à partir ,de la formule (IIL42) .. Les autres. paramètres sont: Le solénoïde est bobiné sur un tuyau constitué de deux tubes concentriques en inox, dont le diamètre externe est de 43 mm. Cet arrangement permet de faire circuler de l’eau entre les deux tubes, afin d’évacuer la chaleur générée par effet Joule pendant le fonctionnement du ralentisseur; le simple contact mécanique entre les spires et le tube d’inox suffit à as­ surer une bonne conduction thermique. Les tubes sont soudés aux deux extrémités sur des brides CF40. Le schéma, qui n’est pas à l’échelle, reproduit cependant les proportions entre les longueurs des couches.