Realization of a Bose-Einstein condensation setup and transport of a coherent cold atom cloud
Réalisation d'un dispositif de condensation de Bose-Einstein et de transport d'un échantillon cohérent d'atomes
Résumé
This thesis deals with the realization of a Bose-Einstein condensation set-up combined with optical tweezers allowing the transport of the condensate. This set-up aims at separating the place where the condensate is produced from the zone of its study. In that second zone, we plan to do atom interferometry experiments where coherent matter waves would be guided using optical structures generated by the optical tweezers.
Many efforts have been devoted to the realization of the optical apparatus needed for laser cooling and to the generation of magnetic fields in order to obtain a coherent atom cloud of high stability. At this aim, an original hybrid electromagnet which consists in the combination of a ferromagnetic structure generating a quadrupolar field with ordinary coils producing a dipolar field has been developed. It provides simultaneously the strong magnetic gradients required for efficient radio-frequency evaporation and an easy control of the remnant field associated to the use of ferromagnetic materials. At the end of the evaporative cooling, we typically obtain 5.10^5 condensed atoms at a temperature of 300 nK.
The implementation of the optical tweezers superimposed to the condensation set-up has required the development of an original tehnique of alignment since direct imaging was revealed to be impossible. Finally, we managed to transfer 2.10^5 atoms at 1 µK in the tweezers and the displacement profile of the tweezers for the transport has been studied.
Many efforts have been devoted to the realization of the optical apparatus needed for laser cooling and to the generation of magnetic fields in order to obtain a coherent atom cloud of high stability. At this aim, an original hybrid electromagnet which consists in the combination of a ferromagnetic structure generating a quadrupolar field with ordinary coils producing a dipolar field has been developed. It provides simultaneously the strong magnetic gradients required for efficient radio-frequency evaporation and an easy control of the remnant field associated to the use of ferromagnetic materials. At the end of the evaporative cooling, we typically obtain 5.10^5 condensed atoms at a temperature of 300 nK.
The implementation of the optical tweezers superimposed to the condensation set-up has required the development of an original tehnique of alignment since direct imaging was revealed to be impossible. Finally, we managed to transfer 2.10^5 atoms at 1 µK in the tweezers and the displacement profile of the tweezers for the transport has been studied.
Ce travail de thèse porte sur la réalisation d'un dispositif de condensation de Bose-Eistein combinée à la mise en place d'une pince optique pour le transport du condensat. L'intérêt de ce dispositif est de séparer la zone de production du condensat de sa zone d'étude. Il a été conçu en vue d'expériences d'interférométrie à base d'ondes de matière cohérentes, guidées dans des structures lumineuses générées à partir de la pince optique.
Un effort particulier a été apporté tant au niveau de l'optique qu'au niveau de la génération de champs magnétiques afin de disposer d'un échantillon cohérent d'atomes de grande stabilité. L'utilisation d'un électroaimant hybride (combinaison d'une structure ferromagnétique pour générer le champ quadrupolaire et de bobines ordinaires pour le champ dipolaire) nous a permis d'une part, de bénéficier de forts gradients magnétiques nécessaires au bon déroulement de l'évaporation radio-fréquence et d'autre part, de faciliter la compensation des champs rémanents inhérents à l'usage de matériaux ferromagnétiques. A l'issue du cycle de condensation, nous obtenons typiquement 5.10^5 atomes à 300 nK. L'implémentation de la pince optique sur les atomes a nécessité le développement d'une technique d'alignement originale, une imagerie directe de la pince n'étant pas envisageable. Finalement, nous sommes parvenus à transférer 2.10^5 atomes à 1 µK dans la pince. Par ailleurs, une étude du profil de déplacement de la pince pour le transport a été effectuée.
Un effort particulier a été apporté tant au niveau de l'optique qu'au niveau de la génération de champs magnétiques afin de disposer d'un échantillon cohérent d'atomes de grande stabilité. L'utilisation d'un électroaimant hybride (combinaison d'une structure ferromagnétique pour générer le champ quadrupolaire et de bobines ordinaires pour le champ dipolaire) nous a permis d'une part, de bénéficier de forts gradients magnétiques nécessaires au bon déroulement de l'évaporation radio-fréquence et d'autre part, de faciliter la compensation des champs rémanents inhérents à l'usage de matériaux ferromagnétiques. A l'issue du cycle de condensation, nous obtenons typiquement 5.10^5 atomes à 300 nK. L'implémentation de la pince optique sur les atomes a nécessité le développement d'une technique d'alignement originale, une imagerie directe de la pince n'étant pas envisageable. Finalement, nous sommes parvenus à transférer 2.10^5 atomes à 1 µK dans la pince. Par ailleurs, une étude du profil de déplacement de la pince pour le transport a été effectuée.
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