Etude des propriétés de propagation d'un laser à atomes

par Jean-Félix Riou

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Alain Aspect.


  • Résumé

    Cette thèse présente différents aspects expérimentaux et théoriques concernant un système propre à l'optique atomique: le laser à atomes. Dans notre expérience, celui-ci est issu d'un condensat de Bose-Einstein de Rubidium 87. Aussi, dans un premier temps, nous détaillons les différentes techniques de refroidissement que nous mettons en oeuvre pour obtenir cette source atomique cohérente dans un piège ferromagnétique hybride. Les lasers à atomes que nous réalisons sont extraits du nuage condensé par radiofréquence, et se propagent verticalement sous l'effet de la gravité. Une spécificité de notre expérience réside dans le fort confinement magnétique utilisé, ce qui a pour conséquence de rendre importantes les interactions collisionnelles entre le laser et le condensat-source. Nous montrons que ceci a une influence, non seulement sur la dynamique de couplage du laser, mais aussi sur sa propagation. Nous observons en effet une structure transverse du faisceau laser contenant des caustiques. En utilisant des méthodes initialement développées pour l'optique photonique (approximation eikonale, intégrale de Fresnel-Kirchhoff, matrices ABCD), nous calculons la fonction d'onde du laser à atomes. De plus, nous caractérisons la propagation de l'onde de matière dans le régime paraxial à l'aide du facteur de qualité M2. Enfin, nous rapportons la réalisation d'un laser à atomes guidé par un potentiel optique horizontal, ce qui nous permet d'annuler l'accélération due à la gravité de telle façon à ce que la longueur d'onde de De Broglie reste constante tout au long de la propagation.

  • Titre traduit

    Study of propagation properties of an atom laser


  • Résumé

    This thesis presents various experimental and theoretical aspects concerning a specific system of atom optics: the atom laser. In our experiment, this one results from a Bose-Einstein condensate of rubidium 87 and we thus initially detail the various cooling techniques used to obtain this coherent atomic source in a hybrid ferromagnetic trap. The atom lasers we produce are extracted from the condensed cloud by radiofrequency, and propagate vertically under the effect of gravity. One specificity of our setup lies in the strong magnetic confinement used, which results in non negligible collisional interactions between the laser and the condensed source. We show that this has an influence, not only on the atom laser coupling dynamics, but also on its propagation. We indeed observe a transverse structure containing caustics on the laser beam. By using methods initially developed for photonic optics (eikonal approximation, Fresnel-Kirchhoff integral, ABCD matrices), we calculate the atom laser wavefunction. Moreover, we characterize the matter wave propagation in the paraxial regime by using the beam quality factor M2. We finally report the realization of an atom laser, guided by a horizontal optical potential, which enables us to cancel the acceleration due to gravity in such way, that the De Broglie wavelength remains constant throughout propagation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (320 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 301-312

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2006)227
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