ETUDE DES TECHNIQUES DE PRODUCTION DE CONDENSATS DE BOSE-EINSTEIN / EVAPORATION MULTI-FREQUENCE ET REFROIDISSEMENT SYMPATHIQUE
Résumé
This thesis discusses several topics concerning Bose-Einstein condensation. We present two alternative techniques to produce Bose condensates and an application of the condensates : atom lasers. Our experimental setup uses an iron-core electromagnet to generate a magnetic trap. The magnetic field strength at the center of the trap is of the order of one hundred Gauss. With such a large bias field, radio-frequency-induced evaporative cooling is found to be hampered, and eventually interrupted, by the presence of nonlinear Zeeman shifts. To solve this problem, we use a multi-frequency evaporation scheme. We have also produced Bose-Einstein condensates simultaneously in two internal states by sympathetic cooling. A thermodynamic model allows us to understand the different scenarios observed experimentally. Furthermore, a calculation of the thermalization rate via elastic collisions gives a condition for the two components to stay in thermal contact during the sympathetic cooling process. Finally, we have produced and studied atomic beams generated by rf-output coupling of ultra-cold atomic clouds. With our high magnetic field, the relative stability required to obtain continuous beams is about 1:10 000. When the magnetic field is not stable enough, we show that a modulation of the frequency or of the amplitude of the rf field allows to stabilize the flux of the atom laser.
Ce mémoire de thèse développe plusieurs thèmes autour de la condensation de Bose-Einstein. Il présente différents moyens pour produire des condensat de Bose et termine par une application du condensat : le laser à atomes. Notre dispositif expérimental utilise des matériaux ferromagnétiques pour générer le piège magnétique. Le champ au centre de notre pi'ege est de l'ordre de la centaine de Gauss. Avec un tel champ, le refroidissement évaporatif par radio-fréquence peut être perturbé ou même interrompu car les fréquences de transition entre sous-niveaux Zeeman adjacents en un point donné du piège magnétique sont différentes. Pour résoudre ce problème, nous avons réalisé l'évaporation avec plusieurs fréquences rf simultanément. Par ailleurs, nous avons produit simultan'ement deux condensats de Bose-Einstein dans des états internes différents par refroidissement sympathique. Un modèle thermodynamique simple permet de comprendre les différents scénarios d'apparition des condensats observés expérimentalement. De plus un calcul du taux de thermalisation par collisions élastiques entre les deux espèces montre à quelle condition les deux gaz restent thermalisés au cours du refroidissement sympathique. Enfin nous avons produit et étudié des faisceaux d'atomes issus de nuages ultra-froids par un coupleur radio-fréquence. Avec notre fort champ magnétique, la stabilité relative nécessaire pour obtenir des faisceaux continus est d'environ 1:10 000. Lorsque la stabilité n'est pas suffisante, nous montrons qu'une modulation de fréquence ou d'amplitude de la rf permet de régulariser le flux du faisceau de sortie.