Atom reflection from an evanescent wave mirror: measurement of the van der Waals force and demonstration of atomic diffraction
Réflexion d'atomes sur un miroir à onde évanescente : Mesure de la force de van der Waals et diffraction atomique
Résumé
This thesis describes two experiments using an evanescent wave mirror. The mirror is based on the dipole force due to the interaction between the atoms and an evanescent wave, created by total internal reflection of a laser beam in a prism. These two experiments show that the atoms can be used as a probe of the near field of the surface of the prism. The first experiment is a measurement of the van der Waals force between a rubidium atom in the ground state and a dielectric wall. During reflection, the atoms are close to the dielectric surface (~ 50 nm) and are sensitive to the attractive van der Waals force due to the presence of the wall. The experiment consists in measuring the dipole force required to balance the van der Waals force. It also shows the crucial role of the van der Waals force in an atomic mirror: on the one hand, the reduction of the potential height by a factor of three and on the other hand the modification of the shape of the total reflecting potential. The second experiment describes atomic diffraction at normal incidence on a spatially modulated mirror, created by a partially standing evanescent wave. The diffraction process is due to the phase modulation of the de Broglie wave and appears for very weak modulation. It is analogous to Raman-Nath diffraction in traditional optics. The study of the populations of the different orders of diffraction as a function of modulation depth quantitatively confirms a theoretical treatment.
Ce mémoire présente deux expériences réalisées à l'aide d'un miroir à atomes à onde évanescente. Le miroir utilise la force dipolaire due à l'interaction entre les atomes et une onde évanescente créée par réflexion totale interne d'un faisceau laser à l'intérieur d'un prisme. Ces deux expériences montrent que, lors de leur réflexion, les atomes constituent une sonde des champs proches de la surface du prisme. La première expérience a permis la mesure de la force de van der Waals entre un atome de rubidium dans l'état fondamental et une paroi diélectrique. Lors de la réflexion, les atomes s'approchent très près de la surface du diélectrique (~ 50 nm) et sont donc sensibles à la force attractive de van der Waals due à la présence de la paroi. L'expérience consiste à mesurer la force dipolaire nécessaire pour équilibrer la force de van der Waals. Elle montre également le rôle crucial de la force de van der Waals dans le fonctionnement du miroir à atomes, d'une part, la réduction d'un facteur trois de l'efficacité du miroir et d'autre part, la modification de la forme du potentiel réflecteur total. La seconde expérience décrit la diffraction d'atomes en incidence normale sur un miroir modulé spatialement, créé à l'aide d'une onde évanescente partiellement stationnaire. Ce processus de diffraction est lié à la modulation de phase de l'onde de de Broglie lors de la réflexion et apparaît pour une modulation très faible du potentiel. Elle est similaire à la diffraction de Raman-Nath en optique traditionnelle. L'étude des populations dans les différents ordres de diffraction en fonction de la profondeur de modulation confirme quantitativement ce processus scalaire de diffraction.
Domaines
Physique Atomique [physics.atom-ph]
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