VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
6.4. IMAGERIE 145
gauche des spectres est donc obtenu lorsque le désaccord δb est égal au désaccord infrarouge,
c’est à dire pour la condition de résonance noire.
Estimation de la fluorescence
Les expériences décrites dans le section précédente (régime de basse température) ont
été conduites sur des nuages contenant entre 100 et 1000 ions et le photocourant dû à la
fluorescence des ions atteint au maximum 30 nA. A partir de ces valeurs on peut estimer
la fluorescence par ion (on utilise les valeurs numériques introduites page 111 et suivantes).
On convertit tout d’abord le courant électrique en flux incident de photons sur le photo-
multicateur R632, flux noté Fph : Fph = 30×10−9
1.6×10−19 1 × 1.25×105 1 × 106 ph/sec. On a utilisé
uniquement le doublet d’achromats pour collecter les photons, la fraction des photons émis
par le nuage et collectée vaut 4 × 10−3 et la transmission de ces optiques vaut 98%. Finalement,
le nombre total de photons émis au niveau du nuage vaut environ 4 × 108 ph/sec, soit
un taux de répétition de l’ordre 106 ph/sec. par ion.
Le taux de fluorescence d’un ion refroidi à 3 niveaux est toujours inférieur à Γ/3 soit ici
6×106ph/sec. L’estimation faite du taux de fluorescence est proche de cette borne supérieure,
indiquant à nouveau que le refroidissement est efficace et la température faible.
6.4 Imagerie
L’imagerie des nuages d’ions permet de révéler des informations importantes : les clichés
permettent de déterminer les dimensions de l’échantillon, d’identifier clairement un régime
cristallin lorsqu’il est atteint et d’en déterminer le rayon de Wigner-Seitz, d’obtenir des informations
sur la composition chimique du nuage et la croissance des cristaux. On poursuit
l’approche chronologique des résultats pour présenter les clichés de nuage les plus significatifs
qui ont permis de préciser l’état du nuage du point de vue thermodynamique et chimique. En
particulier, on détaille les images prises dans les régimes de haute et basse température, celles
qui ont permis l’identification du régime cristallin, et enfin le cliché du plus grand cristal qui
a pu être généré au cours de ce travail de thèse. Les différents systèmes d’imagerie qui ont
été utilisés ont été présentés aux pages 111 et suivantes.
6.4.1 Régime de haute température
Les premiers clichés ont été réalisé avec la version 1.0 et ont été délicats à réaliser, à cause
de la faiblesse du signal de fluorescence. D’autre part des réflexions parasites des faisceaux
de refroidissement sur les hublots ou les bords d’électrodes occasionnaient un important fond
de lumière parasite. La principale difficulté pour prendre des photos était le rapport signal
sur bruit peu favorable.
Le cliché de la figure 6.9 est l’un des premiers réalisés. On y distingue le nuage d’ions ainsi que
le diaphragme qui permet de limiter le bruit de fond sur le capteur. En particulier on cache
l’image des électrodes RF et DC du piège qui diffusent une lumière bien plus importante
que le nuage. Sans cette précaution, on fait travailler la caméra dans un régime saturé : la
durée d’exposition nécessaire pour distinguer clairement le nuage est de plusieurs secondes,
et le flux lumineux parasite reçu sur certaines zones est suffisant pour saturer les puits de
potentiel des pixels. La largeur du diaphragme est de 1 mm, ce qui nous permet de déduire
le grandissement total : 0.4. Le système d’imagerie est composé du bloc comprenant les