VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
114 CHAPITRE 4. ENSEMBLE DU DISPOSITIF EXPÉRIMENTAL
fluorescence dans les premiers temps alors que les passages de faisceau à travers les hublots
non traités occasionnaient un bruit de fond notable. Concernant les pertes, les trois lentilles
sont traitées par une couche de MgF2 et donnent une transmission totale de 95%. La lentille
L1 d’entrée du système a un diamètre inférieur au hublot, ce qui réduit le cône de lumière
de fluorescence, et diminue de moitié le nombre de photons que l’on peut collecter par ion
et par seconde. On obtient un flux maximal de 2.2×10 4 par ion. Ce système a permis de
réaliser la mesure de la fluorescence sur le photomultiplicateur et de prendre les premiers
clichés de nuage d’ions. Il est cependant peu adapté pour une imagerie de haute résolution.
Tout d’abord le grandissement donné par les lentilles L1 et L2 vaut environ 0.4, alors que
l’on souhaite résoudre une dizaine de microns, ensuite il est nécessaire d’utiliser au moins
une optique supplémentaire, et les défauts accumulés sur l’ensemble du système rendent la
résolution spatiale insuffisante pour observer des objets séparés par une dizaine de microns.
Si on suppose que l’on utilise uniquement les deux premières lentilles et une caméra CCD
dont les pixels ont une dimension de 6 µm, on obtient une profondeur de champ de 135 µ
(la lentille équivalente aux deux achromats est caractérisée par une focale et un diamètre de
60 mm, et est placée à une distance de 225 mm de l’objet, on prend ɛ = 6 µm). Pour des
cristaux dont le rayon de Wigner-Seitz est compris entre 10 et 20 µm, c’est à dire les cristaux
que l’on souhaite générer, la profondeur de champ correspond à une dizaine de couches d’ions.
Un tel système d’imagerie sera sans doute inadapté pour résoudre les ions individuellement
dans des grands cristaux, et on a la possibilité d’employer d’autres systèmes décrits à présent.
Pour obtenir des images mieux résolues, on a utilisé deux zooms×3.Le premier est un objectif
VMC Vivitar series 1 de focale 70-210 mm ouvert à f/3.5. Il s’agit d’un objectif dont les
optiques ont un traitement peu performant et qui introduit environ 50% de pertes à 422 nm.
L’ouverture est inférieure à celle du flux de photons incidents, mais supérieure à celui du bloc
de lentilles. Cet objectif a été utilisé avec les deux achromats précédents, avec la focale la
plus courte pour un agrandissement maximal.
L’autre objectif est le canon EF 70-200 f/2.8 serie L IS USM. Dans cet appareil, le traitement
antireflêt des optiques permet d’atteindre une transmission dans le bleu supérieure à 80%.
Son ouverture est égale à celle du cône de fluorescence. On a utilisé cet objectif directement
face au hublot pour prendre des clichés du nuage.
Dans la pratique, le grandissement est mesuré à partir de la distance entre les barres cylindriques
du piège qui dans le plan objet sont séparées de 3 mm.
Photorécepeurs Trois récepteurs ont été utilisés : deux photomultiplicateurs et une
caméra CCD. Le premier photomultiplicateur est le R632 fabriqué par Hamamatsu. Il est
alimenté avec une tension de 1330 V. Un filtre interférentiel pour supprimer la lumière infrarouge
a été placé devant le capteur, ce qui introduit une perte de 50% à 422 nm. La conversion
globale, filtre compris, vaut 1.25 × 10 5 électrons par photon incident pour cette tension.
Le second photomultiplicateur est le Hamamatsu H9319-11, un compteur de photons dont
la surface sensible est un disque de 22 mm de diamètre, comportant un microcontrôleur qui
permet d’envoyer les signaux vers un ordinateur. Le dispositif compte une fraction du nombre
de photons incidents qui impactent la surface sensible pendant 10 ms, fraction donnée par
l’efficacité quantique qui vaut 12.5% pour cet appareil. L’opérateur peut définir une fenêtre
de lecture c’est à dire un temps d’intégration multiple de 10 ms pendant lequel les coups sont
accumulés. Pour que le comptage de photons soit efficace, il est nécessaire de travailler avec
un faible flux incident, suffisamment faible pour que deux photons détectés soient séparés
temporellement d’une dizaine de nanosecondes. Dans notre expérience, il a été nécessaire