Atomic interferometry with lithium atom: realisation of a high contrast and high flux interferometer for precision measurements
Interférométrie atomique avec l'atome de lithium : Réalisation d'un interféromètre présentant un contraste et un flux élevés en vue de mesures de précision
Résumé
This thesis describes the construction of a Mach-Zehnder atom interferometer using Lithium. This device is made of three diffraction gratings, made of laser standing waves, almost resonant with the first resonance transition of lithium atom. The diffraction process relies on Bragg diffraction thus allowing only one diffracted order. It is elastic, i.e. only the atomic momentum is modified, leaving the kinetic energy and the internal state unchanged. Owing to an accurate collimation of the atomic beam, the two interfering atomic paths are spatially separated, so that one will be able to introduce a perturbation on only one atomic path. The first interference patterns achieved with this apparatus are shown in this thesis. From these results, we expect a very high sensitivity of the phase measurements because the fringe contrast is high and the mean detected flux is rather large. In the first part of this thesis, an historical introduction presents the advances in atomic manipulation with light, and more precisely in atom interferometry. After a theoretical discussion of the principles involved in this interferometer, the experimental setup is described in details, with a special attention to the detector operation. Then, the experimental results are shown and analysed. Finally, three planned measurements are discussed: the measurement of the refractive index of a gas for atomic waves, the measurement of the static electric polarizability of Lithium and a test of the neutrality of Lithium atoms.
Cette thèse décrit la réalisation d'un interféromètre atomique de Mach-Zehnder utilisant le lithium. Cet appareil est constitué de trois réseaux de diffraction formés d'ondes stationnaires laser, quasi-résonantes avec la première transition de résonance du lithium. Le processus de diffraction utilise le régime de Bragg, pour lequel un seul ordre de diffraction est autorisé, et il s'agit d'une diffraction élastique qui conserve l'énergie cinétique de l'atome, modifie son impulsion, sans changement de son état interne. Grâce à une importante collimation du jet atomique qui sert de source, les deux chemins atomiques qui interfèrent sont spatialement séparés, ce qui permettra d'introduire une perturbation sur un seul des deux chemins atomiques. Les premières figures d'interférences obtenues avec cet appareil sont présentées dans cette thèse. Ces résultats permettent d'attendre une très grande sensibilité en phase de l'interféromètre car les franges enregistrées sont très contrastées et le flux moyen est assez élevé. On trouvera, dans la première partie de cette thèse, une introduction historique présentant les avancées faites dans le domaine de la manipulation des atomes par la lumière et plus particulièrement en interférométrie atomique. Après une discussion théorique des principes mis en jeu dans cet interféromètre, le montage expérimental est décrit en détail, avec une attention particulière portée au fonctionnement du détecteur. Ensuite, les résultats des premières expériences sont présentés et analysés. Enfin, trois mesures prévues avec cet appareil sont discutées : la mesure de l'indice de réfraction d'un gaz pour une onde atomique, celle de la polarisabilité électrique statique du lithium et un test de la neutralité des atomes de lithium.
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