Study of coherence properties of Bose-Einstein condensate at equilibrium and out of equilibrium

Etude des propriétés de cohérence d'un condensat de Bose-Einstein à l'équilibre et hors équilibre

Mathilde Hugbart-Fouché (1)

1 laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique / Optique atomique

The Bose-Einstein condensate, the atomic counterpart to laser in optics, is usually considered as a fully coherent object. However this is true for systems of moderate anisotropy only. For highly elongated condensates, phase fluctuations appear along the long axis, and these imply a reduction of the coherence length. Such a phase fluctuating condensate is called a quasi-condensate. In this thesis, we report on two experimental studies about the coherence of highly elongated condensates. The first study has been realized on condensates at equilibrium. The measurement of the coherence length has been done through the measurement of the correlation function using an interferometric method. Our results show the transition between a full phase coherent condensate and a quasi-condensate, the coherence length decreasing when the amplitude of the phase fluctuations is increased. We have also observed that the expected shape of the correlation function changes from a Gaussian-like shape to an exponential-like shape. The second study focuses on the formation of the condensate, and more particularly on the kinetic of the establishment of the phase coherence. Our results show that the growth of the condensed fraction proceeds qualitatively as for 3D non-phase-fluctuating condensates. Finally, we have measured the coherence length during the formation using Bragg spectroscopy. Our results show a fast establishment of the coherence compared to the time needed for the condensed fraction to reach equilibrium.

Le condensat de Bose-Einstein, équivalent atomique du laser en optique, est habituellement considéré comme un objet complètement cohérent. Mais ceci n'est vérifié que dans le cas de systèmes peu anisotropes. Pour des condensats fortement allongés, des fluctuations de phase apparaissent suivant l'axe long, ce qui implique une réduction de la longueur de cohérence de ces condensats. On parle alors de quasi-condensat. Dans ce mémoire, nous présentons deux études expérimentales portant sur la cohérence de condensats très allongés. La première étude a été réalisée sur des condensats à l'équilibre. La mesure de la longueur de cohérence a été effectuée par l'intermédiaire de la mesure de la fonction de corrélation à l'aide d'une méthode interférométrique. Nos résultats montrent la transition entre un condensat cohérent et un quasi-condensat, avec une longueur de cohérence diminuant avec l'augmentation de l'amplitude des fluctuations de phase. Nous avons par ailleurs observé le passage d'une forme gaussienne à une forme exponentielle pour la fonction de corrélation. La deuxième étude a porté sur la formation du condensat avec plus particulièrement l'étude de la cinétique de formation de la cohérence en phase. Nos résultats montrent tout d'abord une montée de la fraction condensée qualitativement identique à celle des condensats 3D sans fluctuation de phase. Enfin, nous avons mesuré la longueur de cohérence au cours de cette formation à l'aide de la spectroscopie de Bragg. Nos résultats montrent un établissement de la cohérence rapide comparé au temps de mise à l'équilibre de la fraction condensée.

Mots clés: Atomes froids; Condensation de Bose-Einstein; Quasi-condensat; Fluctuation de phase; Interférométrie atomique; Spectroscopie de Bragg; Formation du condensat

Mots clés: Cold atoms; Bose-Einstein condensation; Quasi-condensate; Phase fluctuation; atomic interferometry; Bragg spectroscopy; Condensate formation

Domaines: Physique Atomique [physics.atom-ph]

Mathilde Hugbart-Fouché. Etude des propriétés de cohérence d'un condensat de Bose-Einstein à l'équilibre et hors équilibre. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00010825⟩