VERS UNE MEMOIRE QUANTIQUE AVEC DES IONS PIEGES

tel-00430795, version 1 - 9 Nov 2009
7.2. EXPÉRIENCE 163
expériences où le signal d’absorption apparaît clairement puis finalement un spectre d’absorption
du faisceau sonde.
7.2.1 Cristal et faisceau sonde
Pour sonder le cristal d’ions, on prélève une partie du faisceau bleu dans le montage
d’absorption saturée, faisceau qui se trouve en fonctionnement normal toujours à résonance
avec la transition νRb (voir page 104 et suivante). Ce faisceau se trouve à -440 MHz de la
transition de refroidissement S − P de l’ion 88Sr + . On utilise un modulateur acouto-optique
pour amener le faisceau à résonance (le montage est proche de celui utilisé pour le laser de
refroidissement, voir page 104). En effectuant deux passages dans le modulateur piloté par
une tension oscillante entre 170 MHz-240 MHz, on obtient un faisceau dont le désaccord
est réglable entre -100 MHz et +40 MHz. On utilise à nouveau un schéma en œil de chat
afin que la modification du désaccord ne modifie pas la direction du faisceau de sortie. La
puissance disponible est 10 µW, le waist au niveau de la zone de confinement atteint 900 µm,
ce qui donne une intensité d’une dizaine de W/m2 environ (l’intensité de saturation s’élève à
340 W/m2 ). La modification de la direction du faisceau entraîne un déplacement du faisceau
dans la zone de confinement inférieur à 10% du waist, pour un balayage de 60 MHz autour
de la résonance. La direction du faisceau fait un angle de 2˚avec l’axe du piège. Pour ajuster
le recouvrement spatial, on éclaire le nuage d’ions avec le laser de repompage et le faisceau
sonde dont on augmente fortement la puissance. Pour un désaccord négatif on parvient à faire
fluorescer les ions, et en maximisant ce signal en jouant sur la direction du faisceau sonde,
on optimise le recouvrement spatial.
Concernant le cristal, on cherche à travailler avec un échantillon aussi grand, dense et froid
que possible. On maximise donc la puissance de refroidissement qui agit sur le cristal, mais on
est cependant obligé de couper le laser bleu au moment de la mesure de l’absorption. En effet,
sa présence diminue notablement la population atomique dans le niveau fondamental capable
d’absorber la sonde. A l’inverse on doit être en présence du laser de repompage, afin que la
population dans le niveau métastable soit la plus faible possible. Dans la pratique, le laser
bleu est modulé par un hacheur optique définissant des séquences de refroidissement-mesure.
Ceci a un impact négatif sur les caractéristiques du cristal : le laser étant coupé la moitié
du temps, on dimine de moitié la puissance de refroidissement. Les cristaux sont donc plus
chauds et moins peuples que les cristaux présentés sur les clichés des figures 6.14 (page 154)
et 6.17 (page 158).
Les mesures présentées dans cette section ont été menées avec un nuage d’une largeur de
1.2 mm (S = 1.5 × 10−6 ) et d’une longueur de 14 mm. N’ayant pas atteint le régime où les
flancs du signal de fluorescence sont raides, on ne possède qu’un majorant très grossier du
nombre d’ions, à savoir 105 ions. Dans ces conditions, on s’attend à mesurer une profondeur
optique maximale de σ 2.8×10−14
S N = 1.5×10−6 ×105 = 2×10−3 = 0.2%. Ce calcul suppose que tous les
ions se trouvent à résonance avec la sonde, mais les ions non fluorescents qui se trouvent au
centre du cristal n’en font pas partie. On s’attend à ce que 80% des ions soient en interaction
avec la sonde. L’absorption estimée est donc surévaluée. Cela représente quelques dizaines de
nW, que l’on mesure sur une photodiode dont la sortie est amplifiée. On obtient typiquement
un signal électrique de 100 mV/µW. On prend soin de filtrer les lasers de refroidissement :
filtrage interférentiel pour le repompeur et filtrage par polarisation pour le laser bleu.