VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
6.4. IMAGERIE 147
page 48) : L = ln(2)
kBT
πν m (L étant largeur à mi-hauteur du nuage dans la direction où la
fréquence du mouvement vaut ν). L’ajustement gaussien du signal donne une largeur à mihauteur
de 2 mm dans l’axe du piège et de 500 µm en vertical. La température extraite vaut
700 K.
Cette température est à comparer à la borne supérieure de 100 K, qui a été estimée dans
l’expérience du spectre bleu en régime intermédiaire (page 140). La seule différence notable
entre ces deux expériences est le facteur q qui est ici beaucoup plus faible. On s’attend donc
à un chauffage RF plus faible, un effet de refroidissement comparable et par conséquent une
température du nuage plus faible. On trouve au contraire une estimation de la température
plus forte, ce qui indique que les hypothèses du calcul précédent n’étaient pas légitimes. Le
nuage ne se trouve donc pas dans le régime de Mathieu, et l’énergie potentielle d’interaction
n’est pas négligeable devant l’énergie cinétique. La répartition spatiale des ions n’est donc
pas gouvernée par l’énergie cinétique seule mais aussi par l’énergie d’interaction, et le calcul
que l’on a mené aboutit à une température nettement surestimée du nuage.
Concernant le taux de fluorescence, on peut l’estimer sachant que le nombre d’ions présents
est supérieur à 1000, valeur mesuré à partir de l’éjection vers le détecteur de nuages tout à fait
semblables et générés dans les mêmes conditions. Le flux de photons incidents sur le capteur
CCD vaut environ 8 × 105 ph/sec. Les pertes en transmission dans le système de collection
s’élèvent à environ 25%, et la fraction de photons émis par le nuage qui traversent la première
lentille du système d’imagerie est 4 × 10−3 . On en déduit que le taux de fluorescence par ion
est inférieur à 8 × 105 ph/sec. Cette valeur est faible comparée à la borne supérieure du taux
de taux de répétition de Γ/3 (6 × 106ph/sec.). On s’attend pour une température des ions de
l’ordre de 100 K et un désaccord du laser de refroidissement de -5Γ à être effectivement bien
en dessous du taux maximal de fluorescence.
Dans ce régime de température, il est difficile de travailler avec des temps de pose inférieurs
à 200 ms, à cause de la faiblesse du flux de fluorescence incident sur le capteur CCD.
6.4.2 Régime de basse température
La mise en place de la version 2.0 du piège et de nouveaux hublots traités a permis d’atteindre
le régime de basse température et de forte fluorescence, et de diminuer considérablement
le fond de lumière parasite. L’augmentation du rapport signal sur bruit peut être appréciée
sur la figure 6.10, un des premiers clichés réalisés avec la version 2.0. Ce cliché réalisé sans
diaphragme, sans filtre infrarouge, sans correction de fond et en utilisant seulement l’objectif
VMC et la caméra, montre le nuage en forme de goutte placé entre les électrodes du piège.
Les réflexions parasites des lasers sur les bords d’électrodes à droite et à gauche du nuage sont
comparables en intensité lumineuse à la fluorescence des ions. Au delà d’une certaine taille,
il est d’ailleurs possible de distinguer le nuage atomique à l’oeil nu à travers les hublots. Le
grandissement est d’environ 0.2 dans cette situation, et le nuage atteint 4 mm de long pour
1 mm de large.
Régime de basse température : Chaînes à faible nombre d’ions
Dans le régime de faible température, le nuage doit se trouver sous forme cristalline et les
ions prennent des positions fixes les uns par rapport aux autres. Pour vérifier que ce régime
est effectivement atteint, il est nécessaire de résoudre les ions individuellement. Une structure
simple où les ions peuvent être très éloignés est la chaîne d’ions. On choisit les paramètres