VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
4.8. FLUORESCENCE ET IMAGERIE 115
de travailler avec un filtrage spatial très important, et sur le diaphragme de la figure 4.32,
nous avons rajouté un diaphragme d’un diamètre de 100 µm. Ce système permet de s’affranchir
du courant d’obscurité (c’est à dire dans la casacade du photomultiplicateur à des
électrons générés spontanément en aval de la première dynode) : grâce à un seuil, on parvient
à distinguer les impulsions correspondant à un photon incident de celles correspondant à une
génration spontanée d’électrons. Si le diaphragme est bien placé, on peut récolter la fluorescence
du nuage là où les ions sont les plus denses et les plus froids ce qui donne donc un signal
plus fort. Le rapport signal à bruit est suffisant pour observer des spectres de fluorescence.
La caméra CCD utilisée est la Coolsnap EZ fabriquée par Roper. Son capteur Sony ICX285
compte 1392 × 1040 pixels carrés de côté 6.45 µm, ce qui donne une surface sensible totale de
8.77 × 6.6 mm. L’efficacité quantique à 422 nm vaut 50%. L’étalonnage de la caméra donne
une conversion de 13.7 photons/coup/pixel. Cette caméra a été choisie pour son faible bruit
électronique (1 électron/pixel/seconde), son comportement linéaire, et la faible dimension des
pixels. En employant un système optique dont le grandissement est 1, il est possible d’observer
des ions séparés au minimum de 12 µm, ce qui correspond à nos besoins.
Modulation de fluorescence Le signal de fluorescence collecté par le système de détection
est faible devant le signal de fond, principalement dû au réflexions parasites du laser bleu de
refroidissement, le rapport signal sur bruit vaut typiquement 1%. Pour rendre la mesure plus
sensible, il est possible de moduler le signal de fluorescence et de démoduler le signal issu du
photomultiplicateur. On place un hacheur optique sur le trajet du laser de repompage qui le
hache à une fréquence comprise entre 10 Hz et 3 kHz. Lorsque le laser est éteint les ions sont
pompés dans le niveau métastable et ne fluorescent plus. Le temps de pompage, donné par
la largeur du niveau excité et le rapport de branchement vaut environ 100 ns, bien inférieur
au temps caractéristique de la modulation. Le courant électrique débité par le photomultiplicateur
vaut environ 100 nA, et le signal démodulé entre 100 pA et 10 nA. Le rapport signal
sur bruit pour le signal démodulé est largement supérieur à 1%, et peut atteindre une valeur
de 10 voire 100.
Pour l’imagerie le recours à la modulation n’est pas indispensable car la fluorescence est
concentrée sur un faible nombre de pixels et, intégrée sur cette surface, dépasse le bruit.