Etude et réalisation de micro-pièges dipolaires optiques pour atomes neutres - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2001

Etude et réalisation de micro-pièges dipolaires optiques pour atomes neutres

(1)
1

Abstract

Neutral atoms are possible candidates for the implementation of
quantum gates. In this context, the subject of this study is the realization of
optical dipole traps, small enough to contain only a single atom. In order to
obtain the dipole trap, we need to focus strongly a laser beam at the point
where we want to trap the atoms. The central part of the experiment is an
home-built microscope objective, with a great numerical aperture. This system
focus the light in the center of a Magneto-Optical Trap which is the source of
cold atoms used to load our dipole trap.

The imaging set-up is based on the the same objective. It collects the
fluorescence light coming from trapped atoms with a great efficiency and images
them either on a CCD camera or an avalanche photodiode. The spatial resolution
of the system using the camera gives images of the atom cloud, and the
avalanche photodiode allows us to study the dynamic of the trap with a good
time resolution.

After the description of the experimental set-up, we demonstrate the
realization of microscopic optical dipole traps with a volume of a few cubic
microns and containing a few atoms. The study of loading process and the
lifetime reveals the presence of two body collisions. Then, with a reduced
loading rate, we can see, in real time, single atoms arriving one by one in the
trap. In this regime, a process of "collisionnal blockade" limits the atom
number to one. Finally, we present a realization of a double dipole trap, in
which we can trap two individual atoms in each site.
Les atomes neutres piégés sont des candidats potentiels pour
l'implémentation de portes logiques quantiques. Dans ce contexte, cette étude
porte sur la réalisation d'un piège dipolaire optique de si petite taille qu'il
ne puisse contenir qu'un atome unique. Pour cela, il est nécessaire de
focaliser très fortement un laser à l'endroit où l'on désire capturer les
atomes. L'expérience s'articule donc autour d'un objectif de microscope de
grande ouverture numérique, entièrement conçu et réalisé au laboratoire. Cette
optique est utilisée pour faire focaliser un laser au centre d'un piège
magnéto-optique, réservoir d'atomes froids alimentant le piège dipolaire ainsi
créé.

Le dispositif d'observation des atomes piégés est basé sur le même objectif,
qui collecte, avec une grande efficacité, la fluorescence des atomes piégés et
en fait l'image sur une caméra CCD ou une photodiode à avalanche. La résolution
spatiale du dispositif utilisant la caméra permet d'obtenir une image des
atomes capturés, alors que l'on utilise la rapidité de la photodiode à
avalanche pour les études de la dynamique du piège avec une bonne résolution
temporelle.

Après une description détaillée de ce dispositif expérimental, nous montrons
qu'il est possible de réaliser des micro-pièges dipolaires optiques, de
quelques microns cube et contenant une dizaine d'atomes. L'étude de la
dynamique de chargement et de la durée de vie de ces pièges révèle également la
présence de processus de collisions à deux corps. Nous montrons ensuite qu'en
diminuant le taux de chargement il est possible d'observer, en temps réel, un
atome unique piégé pendant quelques secondes. Dans ce régime, un processus de
"blocage collisionnel" limite ce nombre d'atome à un. Pour finir, nous
décrirons la mise en place d'un double piège dipolaire, dans lequel on peut
piéger un atome unique dans chaque site. Ce dispositif ouvre la voie vers
l'étude de l'interaction entre atomes piégés individuellement.
Fichier principal
Vignette du fichier
tel-00001195.pdf (11.51 Mo) Télécharger le fichier
Loading...

Dates and versions

tel-00001195 , version 1 (06-03-2002)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00001195 , version 1

Cite

Nicolas Schlosser. Etude et réalisation de micro-pièges dipolaires optiques pour atomes neutres. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00001195⟩
445 View
485 Download

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More