Principe du concentrateur

Le concentrateur

La conséquence est une diminution considérable de l’intensité du jet atomique qui émerge du ralentisseur à une vitesse finale de quelques dizaines de m . . On peut donc potentiellement réaliser un gain important sur l’intensité finale du jetatomique si l’on est capable d’effectuer une recompression spatiale de celui-ci en un point intermédiaire du ralentissement. Ces dernières années ont vu l’apparition de dispositifs permettant d’augmenter considérable­ ment l’intensité d’un vitesse et position. Ces »entonnoirs à atomes » (« atomic funnels ») fonctionnent sur le principe d’un piège magnéto-optique à deux dimensions. Placés en sortie d’un pinceau d’atomes lents, avec une section de quelques dizaines de microns et des vitesses transverses moyennes proches du recul [48] . En pratique, ces systèmes nécessitent de faibles vitesses longitudinales atomiques pour fonction­ ner efficacement: le temps d’interaction entre les atomes et le MOT doit être suffisamment long pour permettre l’amortissement complet des positions transverses. Dans notre situation, où l’on souhaite agir sur des atomes encore relativement rapides (vz 500 m . 8-particu­ lier de comprendre le rôle de chacun des paramètres du système. La section suivante est dédiée à la description du montage expérimental. Nous entamons ensuite l’étude expérimentale du concentrateur. Nous y présentons tout d’abord des résultats expérimentaux qui démontrent la fo­ calisation du jet atomique. Dans le paragraphe suivant, on étudie l’influence des divers pa­ramètres expérimentaux sur la « focale » du système, notamment afin de tester la validité de notre modèle. On chiffre ensuite les performances du concentrateur, et l’on analyse les fac­teurs qui limitent le gain en densité spatiale réalisé. Nous décrivons enfin les perspectives d’utili­sation de ce système dans notre expérience.

Principe du concentrateur

Tout comme les « entonnoirs à atomes » évoqués dans l’introduction, le concentrateur fonc­tionne sur le principe d’un piège magnéto-optique à deux dimensions, constituées par les dimen­sions transverses du jet atomique. Dans un tel piège, les atomes sont soumis à une force de friction et à une force de rappel: les vitesses et positions atomiques s’amortissent donc au cours du temps, avec des constantes de temps qui diffèrent de plus de deux ordres de gran­deur (la vitesse est amortie beaucoup plus rapidement que la position). La différence entre les entonnoirs et le concentrateur réside dans le temps d’interaction entre les atomes et le piège magnéto-optique. Dans le concentrateur, ce temps d’interaction est suffi­sant pour permettre l’amortissement de la vitesse, mais trop faible pour que la position (trans­ verse) évolue notablement. Cependant, du fait de la linéarité de la force magnéto-optique, la vitesse transverse finale de l’atome est proportionnelle à sa position transverse: un atome qui émerge du concentrateur possède donc une vitesse qui pointe vers l’axe du jet, avec un angle qui ne dépend que de la distance de l’atome à cet axe. Cette propriété fait que tous les atomes vont, lors de l’évolution libre qui suit la sortie du concentrateur, converger vers un point unique de l’axe (pour un jet monocinétique). Ce système permet donc de focaliser un jet atomique, en partie théo­rique, nous commençons par rappeler quelques caractéristiques du piège magnéto-optique, qui sont utiles pour comprendre le fonctionnement du concentrateur. Puis nous introduisons un modèle simple décrivant ce fonctionnement dans un cas « idéal » (friction infinie), qui nous permet d’obtenir une expression très simple pour la « focale » du concentrateur. Enfin, nous nous livrons à une analyse plus détaillée, tenant compte de la friction finie exercée par la force magnéto-optique. Nous discutons également des phénomènes qui limitent la taille et donc la den­sité dujet atomique au niveau du foyer.

A Force moyenne dans un MOT

Dans les « entonnoirs » des références [36, 37, 38,40] , la compression spatiale dujet Cette condition conduit typiquement à des longueurs d’interaction de quelques centimètres, pour des vitesses longitudinales atomiques de quelques dizaines de m· s::-l.Dans le cadre de l’expé­ rience décrite ici, nous souhaitons agir sur un jet beaucoup plus rapide (vtemps négliger la variation de la position transverse de l’atome au cours de l’interaction. En prenant x = constante = Xo dans l’équation du mouvement (IY.lO), on constate que la vitesse Nous avons obtenu, avec l’expression (N.15), un résultat important: la vitesse transverse de l’atome en sortie du concentrateur est proportionnelle (et de signe opposé) à sa position transverse; le coefficient proportionnalité entre ces deux quantités ne dépend que du gradient du champ magnétique. On voit donc que si l’on laisse évoluer librement 15 les atomes après leur passage dans le concentrateur.