Thèse soutenue

Expériences avec des Gaz de Fermi Ultrafroids : dégénérescence quantique de potassium-40 et sources lasers à l’état solide pour lithium
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Auteur / Autrice : Norman Kretzschmar
Direction : Christophe Salomon
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique quantique
Date : Soutenance le 26/06/2015
Etablissement(s) : Paris, Ecole normale supérieure
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....)
Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robin Kaiser, Kai Bongs
Rapporteurs / Rapporteuses : Robin Kaiser, Kai Bongs

Résumé

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Cette thèse présente de nouvelles techniques pour l'étude expérimentale des gaz quantique ultrafroids d'atomes fermioniques de lithium et de potassium. Dans la première partie de cette thèse, nous décrivons la conception et la caractérisation des nouveaux composants de notre dispositif expérimental capable de piéger et refroidir simultanément des atomes de ⁶Li et de ⁴⁰K à des températures ultrabasses. Nous rendons compte d'une nouvelle technique de refroidissement sub-Doppler, reposant sur la transition de la raie D₁ des atomes alcalins, pour refroidir des atomes de lithium et de potassium par laser. Après cette étape de mélasse, nous avons mesuré une densité dans l'espace des phases de l'ordre de 10⁻⁴ à la fois pour le ⁶Li et le ⁴⁰K. Nous présentons le refroidissement par évaporation forcée d'atomes de ⁴⁰K qui commence dans un piège magnétique quadripolaire pluggé et continue dans un piège optique dipolaire. Dans ce contexte, nous rendons compte de la production d'un gaz quantique de Fermi dégénéré de 1.5x10⁵ atomes de ⁴⁰K dans un piège dipolaire croisé avec T/T_{_F} = 0.17, ce qui ouvre la voie à l'étude des superfluides de ⁴⁰K en interaction forte. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous présentons une source laser à état solide, de faible largeur spectrale et capable d'émettre 5.2 W de puissance autour de 671 nm, dans la gamme des longueurs d'onde des transitions de la raie D du lithium. La source repose sur un laser en anneau pompé par diode, émettant sur la transition à 1342 nm de Nd:YVO₄, capable de produire 6.5 W de lumière dans un faisceau monomode limité par la diffraction. Nous rendons compte de trois différentes approches pour la génération de seconde harmonique du faisceau de sortie, à savoir en utilisant une cavité amplificatrice comprenant un cristal ppKTP, par doublage de fréquence intracavité et par un structure de guide d'onde de ppZnO:LN.