Vers un accéléromètre atomique sur puce

Towards an atom chip accelerometer

• Auteur / Autrice : Matthieu Dupont-Nivet
• Direction : Chris Westbrook
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 22/06/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut d'optique Graduate school (Palaiseau, Essonne ; 1920-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry / Optique atomique - Thales Research and Technology [Palaiseau]
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Thales Research and Technology [Palaiseau]
• Jury : Président / Présidente : Eric Charron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Chris Westbrook, Jakob Reichel, Sylvain Schwartz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hélène Perrin, Ernst Rasel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interférométrie atomique

Atomes froids

Accéléromètres

Mots clés libres

Interférométrie atomique

Puce atomique

Accéléromètre

Potentiels micro-Ondes

Stirap

Atom interferometry

Atom chip

Accelerometer

Microwave potentials

Stirap

Résumé

Dans ce manuscrit, nous rapportons les développements, théoriques et expérimentaux, en cours à TRT, visant la réalisation d'un accéléromètre à atomes froids. Cet interféromètre utilise un gaz ultra-froid non-dégénéré qui est piégé au voisinage d'une puce atomique pendant toute la séquence d’interrogation.Nous décrivons un protocole d'interrogation permettant de rendre le capteur sensible aux accélérations. Ce protocole est constitué d'une séquence de Ramsey avec une séparation spatiale des deux états de l'interféromètre. Le signal et le contraste de cet interféromètre sont modélisés et l'utilisation de raccourci à l'adiabaticité est considérée pour réaliser une séparation et une recombinaison rapide des deux états. Nous décrivons aussi une implémentation de cet interféromètre sur une puce atomique. Elle repose sur la création de deux potentiels habillés micro-onde, un pour chacun des deux états de l'interféromètre.Le dispositif de refroidissement des atomes, mis en place pendant cette thèse, est décrit. Des atomes de rubidium 87 sont refroidis jusqu'à la condensation de Bose-Einstein dans l'état |2,2〉. Un protocole de type textit{stimulated Raman adiabatic passage} utilisant des champs micro-ondes, permet ensuite de transférer les atomes (condensés ou thermiques) vers l'état |2,1〉. Cette source atomique a permis de réaliser des mesures du contraste des franges de Ramsey en fonction de la symétrie des potentiels piégeant les deux états de l'interféromètre. Le temps de décroissance du contraste mesuré permet de valider les développements théoriques sur le contraste de l'interféromètre.

In this manuscript we report the theoretical and experimental developments, in progress at TRT, aiming at the realisation of a cold atom accelerometer. This accelerometer uses an ultra-cold non-degenerated gas which is trapped in the vicinity of an atom chip during the whole interrogation sequence. We describe an interrogation protocol allowing the sensor to be sensitive to acceleration. This protocol uses a Ramsey sequence with a spatial separation of the two interferometer states. The signal and the contrast of this interferometer are derived and the use of shortcut to adiabadicity is considered to enable fast splitting and merging of the two states. We also describe a design of the accelerometer on an atom chip. This design use two dressed microwave potentials, one for each of the two interferometer states. We described the atom cooling experiment built during this thesis. Atoms of rubidium 87 have been cooled to Bose-Einstein condensation in state |2,2〉. A stimulated Raman adiabatic passage protocol using microwave fields, allows to transfer an atomic cloud (condensed or thermal) to the state |2,1〉. With this atomic source the contrast of the Ramsey fringes as a function of the symmetry between the interferometer traps have been measured. The measured contrast falling time is in good agreement with the theoretical prediction for the interferometer contrast.