(COQ٨ COQ ﺪﻳاﻮﻓ -٢-١ ٩ ﺖﻴﻔﻴآ ﻩﺰﻳﺎﺟ و نﺎﻣزﺎﺳ ﻲﻟﺎﻌﺗ ،COQ ﻦﻴﺑ طﺎﺒﺗرا -٣-١ ١٠ COQ ﻢﺘﺴﻴﺳ راﺮﻘﺘﺳا
Condensats de Bose-Einstein et Lasers à atomes Y. Le Coq Soutenance de thèse de doctorat, 13...
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Condensats de Bose-Einsteinet
Lasers à atomes
Y. Le Coq
Soutenance de thèse de doctorat, 13 décembre 2002
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A) Condensats de Bose et Lasers à Atomes - le phénomène de condensation
- principe d’un laser atomique (parallèle avec les lasers optiques)- mise en oeuvre expérimentale
B) Divergence d’un laser à atomes- expériences- modélisation (matrices ABCD)
Introduction
C) Interférences entre lasers- principe- modélisation- résultats expérimentaux
Conclusion et perspectives
-> Vers un laser atomique continu
Plan de l’exposé
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A) Condensats de Bose et Lasers à Atomes - le phénomène de condensation
- principe d’un laser atomique (parallèle avec les lasers optiques)- mise en oeuvre expérimentale
B) Divergence d’un laser à atomes- expériences- modélisation (matrices ABCD)
Introduction
C) Interférences entre lasers- principe- modélisation- résultats expérimentaux
Conclusion et perspectives
-> Vers un laser atomique continu
Plan de l’exposé
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Condensation de Bose-Einstein :Principe
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Réalisation expérimentale :pré-refroidissement laser
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Ralent. PMO Mélasse Charg.PiègeMag. Compression
piègeEvap.
CBE!Laser
atomiqueCoupure piège & Image
• Atome : 87Rb• Niveau Zeeman :
F = 1, mF = -1
• Ioffe-Pritchard trap created by an iron-core electromagnet: 1 kG/cm gradient 54 G bias100 W power
• Typically 3x105 atoms in condensate
Montage expérimental
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Réalisation expérimentale :refroidissement évaporatif
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Positio
n
Énergie
Positio
n
État interne piégé
Le laser à atomes : parallèle avec le laser à photons
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Le laser à atomes : parallèle avec le laser à photons
Positio
n
État interne piégé
g
Éta
t int
erne
non
pié
gé
Énergie
Positio
n
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Réalisation pratique
Magneticequipot.
x
z
y
Resonant RF
zsag
Energy
Position
Atom Laser
BEC
BEC|F=1, mF=-1>
BEC
|F=1
, mF=0
>
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Ralent. PMO Mélasse Charg.PiègeMag. Compression
piègeEvap.
CBE!Laser
atomiqueCoupure piège & Image
• Atome : 87Rb• Niveau Zeeman :
F = 1, mF = -1
• Ioffe-Pritchard trap created by an iron-core electromagnet: 1 kG/cm gradient 54 G bias100 W power
• Typically 3x105 atoms in condensate
Précautions à prendre
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A) Condensats de Bose et Lasers à Atomes - le phénomène de condensation
- principe d’un laser atomique (parallèle avec les lasers optiques)- mise en oeuvre expérimentale
B) Divergence d’un laser à atomes- expériences- modélisation (matrices ABCD)
Introduction
C) Interférences entre lasers- principe- modélisation- résultats expérimentaux
Conclusion et perspectives
-> Vers un laser atomique continu
Plan de l’exposé
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Experimental results : Divergence of an atom laser
BEC BEC BEC
N.B.: Absorption imaging (vertical), after turn-off of the magnetic field, and Stern-Gerlach separation.
BEC BEC BEC
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Limitation de flux
Outcoupler detuning (kHz)-5 50
Flu
x (a
u)
For output coupler on the edges of the condensate => Flux -> 0
Sensitivity of imaging imposes data set range
Hence,
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Causes possibles de divergence
Diffraction (quantum pressure expansion)
Interactions inside laser
Interactions laser/BEC
Quadratic Zeeman effect
Low density -> negligeable
|F=1, mF=0> sees a second order Zeeman effect (quadratic potential due to strong gradiants)
Atom expeled see repulsive potential due to mean field
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Matrices ABCD : Le cas optique (habituel)
x11
x2
2
• ABCD matricesfor light rays
– Free propagation :
– Lenses : quadratic potentiel terms ; thin lens :
• Application to gaussian beams
• Transformation law for gaussian beams
101
nL
1101
f
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Matrices ABCD :Adaptation aux lasers atomiques
laser
Quadratic Zeeman effect
=> thick lens
2.
101
Mttof
Time of flight=> Free space propagation
3.
)cosh()sinh(
)sinh()cosh(
ttMtMt
OCOC
OCOC
Interactions with the condensate => thin lens
1.
1 )(0 1
0zc
z0
BEC
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Le condensat : une lentille mince pour le laser
)(1
0
'))]'(,([1)(xt
dttzxVx
)()( 10int rgrU BEC
Laser crosses condensate and feels mean-field potential
We ignore the transverse motion (thin lens approximation) and integrate phase along z, paramerterizing z by time:
z0
laser
Near x=0, the phase is quadratic, as for a lens, hence one can define its power c(z0)
x
z
x
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Comparaison expérience/théorie
Théorie ABCD
Théorie ABCD sans effets des interactions (diffraction seule)
(N.B. : pas de paramètres ajustables)
Fréquence du coupleur (kHz)
Div
erge
nce
(mra
d)
-5 500
10
20
30
Données expérimentales
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A) Condensats de Bose et Lasers à Atomes - le phénomène de condensation
- principe d’un laser atomique (parallèle avec les lasers optiques)- mise en oeuvre expérimentale
B) Divergence d’un laser à atomes- expériences- modélisation (matrices ABCD)
Introduction
C) Interférences entre lasers- principe- modélisation- résultats expérimentaux
Conclusion et perspectives
-> Vers un laser atomique continu
Plan de l’exposé
![Page 21: Condensats de Bose-Einstein et Lasers à atomes Y. Le Coq Soutenance de thèse de doctorat, 13 décembre 2002.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062621/551d9d82497959293b8bb969/html5/thumbnails/21.jpg)
Quand les atomes interfèrent : multi-lasers atomiques (principe)
zE1
BEC
(z)
(E)
1 RF 2/31
1 1 32
E
RF
zz
zE2
2 RF
2/32
2 2 32
E
RF
zz
Battement spatial+ temporel visible si
2 RF1 RF
Constants pendant l’expérience
21 , EE zz
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Lasers à atomes à phases bloquées : lasers pulsés
BEC
Peigne de fréquences à phases relatives contrôlées, généré par FM ou bien AM
Laser multi-modes à
phases bloquées =laser pulsé FM 600 Hz
FM 200 Hz
FM 2 kHz
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Théorie
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A) Condensats de Bose et Lasers à Atomes - le phénomène de condensation
- principe d’un laser atomique (parallèle avec les lasers optiques)- mise en oeuvre expérimentale
B) Divergence d’un laser à atomes- expériences- modélisation (matrices ABCD)
Introduction
C) Interférences entre lasers- principe- modélisation- résultats expérimentaux
Conclusion et perspectives
-> Vers un laser atomique continu
Plan de l’exposé
![Page 25: Condensats de Bose-Einstein et Lasers à atomes Y. Le Coq Soutenance de thèse de doctorat, 13 décembre 2002.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022062621/551d9d82497959293b8bb969/html5/thumbnails/25.jpg)
Conclusion
•Creation of a stable quasi-continuous atom laser in an iron-core electro-magnet, in spite of high bias field (54 gauss ± 1mG).
•Studies of propagation of transverse mode of an atom laser. Importance of interactions (in stark contrast with optics).
•ABCD matrices treatment is adaptable to atom lasers (and very usefull)
•Strong parallel between atom laser and photon lasers
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Nouveau dispositif expérimental
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Remerciements