Décélérateur Stark pour atomes et molécules de Rydberg [Elektronische Ressource] / Nicolas Saquet

Nicolas Saquet

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• Publié par: gottfried_wilhelm_leibniz_universitat_hannover
• Publié le: 01 janvier 2010
• Nombre de lectures: 93
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 9 Mo

Extrait

UNIVERSITÉ PARIS SUD XI - U.F.R. SCIENTIFIQUE D’ORSAY
LEIBNIZ UNIVERSITÄT HANNOVER
FAKULTÄT FÜR MATHEMATIK UND PHYSIK
THÈSE
Pour obtenir les grades de :
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ PARIS SUD XI
École doctorale : Onde et Matière
et
DOKTOR DER NATURWISSENSCHAFTEN
DR. RER. NAT. DER UNIVERSITÄT HANNOVER
présentée par
Nicolas SAQUET
Sujet :
DÉCÉLÉRATEUR STARK POUR ATOMES
ET MOLÉCULES DE RYDBERG
soutenue le 16 décembre 2009 à Orsay devant le jury composé de :
M. Jan Arlt Co-Président
Mme. Claudine Crépin-Gilbert Présidente
M. Pierre Labastie Rapporteur
M. Frédéric Merkt Examinateur
M. Francisco Perales Rapporteur
M. Pierre Pillet Directeur de thèse
M. Eberhard Tiemann Co-Directeur de thèse
Laboratoire Aimé Cotton - Campus d’Orsay
Bat 505, 91405 OrsayDÉCÉLÉRATEUR STARK POUR ATOMES
ET MOLÉCULES DE RYDBERG
STARK DECELERATOR FOR RYDBERG
ATOMS AND MOLECULES
Von der
UNIVERSITÉ PARIS SUD XI
U.F.R. SCIENTIFIQUE D’ORSAY
und der
FAKULTÄT FÜR MATHEMATIK UND PHYSIK
DER GOTTFRIED WILHELM LEIBNIZ UNIVERSITÄT HANNOVER
zur Erlangung des Grades eines
DOKTOR DER NATURWISSENSCHAFTEN DR. RER. NAT.
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ PARIS SUD XI
genehmigte Dissertation
von
NICOLAS SAQUET
geboren am 24 Oktober 1983 in Paris im Frankreich
2009Referenten : Prof.Dr.JanArltDr.EberhardTiemann
Tag der Promotion : 16 December 2009Décélérateur Stark pour atomes et molécules de Rydberg
Résumé
Cette thèse traite de la réalisation d’un jet supersonique d’atomes de sodium, et de l’excita-
tion des ces atomes dans un état de Rydberg en vue de les ralentir en utilisant l’interaction
des forts moments dipolaires de ces états avec un champ électrique inhomogène dépendant
du temps. Le jet supersonique d’atomes de sodium est produit par ablation laser et caracté-
risé par fluorescence induite par laser (T ∼5 K et T ∼1 K). Les atomes sont excités opti-k ⊥
quement dans un état de Rydberg. Des transitions Landau-Zener ont été mises en évidence
pour des paires d’atomes de Rydberg évoluant dans des gradients de champ électrique dé-
pendant du temps. L’interaction dipôle-dipôle entre les atomes de Rydberg plus proches
voisins induit le changement d’état interne de la paire d’atomes. Nous proposons également
un prototype de décélérateur Stark pour manipuler la vitesse des atomes de Rydberg du
−1jet : avec ce dernier, il doit être possible de retirer environs 50 cm à l’énergie cinétique des
atomes de sodium. Cette thèse a été réalisée en collaboration avec l’Université de Hanovre.
Ces travaux ont concerné la photodissociation au seuil de molécules de dioxyde de soufre
refroidies dans une expansion supersonique et ralentie avec un décélérateur Stark. Le but
est de produire des atomes d’oxygène froid avec peu d’énergie cinétique afin de les piéger.
Mots-clés : Jet supersonique, atomes de Rydberg, photoionisation, décélération Stark, dé-
célération Stark-Rydberg, interaction dipôle-dipôle, transitions Landau-Zener.
Stark decelerator for Rydberg atoms and molecules
Abstract
This thesis deals with the achievement of a supersonic beam of sodium atoms. Theses atoms
are excited into a Rydberg state. We use the interaction between the huge dipole momenta
of these states and time dependant inhomogeneous electric field. The supersonic beam of
sodium atoms is produced by laser ablation, characterized by laser induced fluorescence
(T ∼5 K and T ∼1 K) and optically excited into a Rydberg state. Landau-Zener transitionk ⊥
had been observed into pairs of Rydberg atoms flying in a time dependant electric field gra-
dients. As a result of the dipole-dipole interaction between Rydberg atoms, the state of a pair
of Rydberg atoms is changing. We also propose a prototype of Stark-Rydberg decelerator in
order to manipulate the velocity of the Rydberg atoms from the beam. With it, we should be
−1able to remove about 50 cm of the kinetic energy of these atoms. This thesis was done in
collaboration with University of Hanover. We study photodissociation at threshold of sulfur
dioxide molecules. These molecules are cooled with a supersonic expansion and then Stark
decelerated. The aim is to produce cold oxygen atoms with small amount of kinetic energy.
Keywords: Supersonic beam, Rydberg atomes, photoionization, Stark deceleration, Stark-
Rydberg deceleration, dipole-dipole interaction, Landau-Zener transitions.
Laboratoire Aimé Cotton - UPR 3321 - Université Paris Sud XIStark-AbbremserfürAtomeundMolekülevonRydberg
Zusammenfassung
Diese Doktorarbeit befasst sich mit der Einrichtung eines Überschalllichtstrahls der Natri-
umatome. Diese Atome werden in einen Rydberg Zustand aufgeregt. Wir nutzen die Inter-
aktion zwischen den großen Dipolmomentes dieser Staaten und Zeit abhängig inhomoge-
nen elektrischen Feld. Der überschalllichtstrahl der Natriumatome wird durch Laserablati-
on produziert, gekennzeichnet durch Laser verursachte Fluoreszenz (T ∼5 K und T ∼1k ⊥
K) und aufgeregt optisch in einen Rydberg Zustand. Landauer-Zener übergang war in Paare
Rydberg Atome beobachtet worden, die in ein zeitabhängiges elektrisches fliegen, auffangen
Steigungen. Resultierend aus der Dipol-Dipol Interaktion zwischen Rydberg Atomen, der
Zustand eines Paares Rydberg Atome wechselt. Wir schlagen auch einen Prototyp des Stark-
Rydberg Abbremsers vor, um die Geschwindigkeit der Rydberg-Atome aus dem Strahl zu
−1manipulieren. Mit es sollten wir entfernen ungefähr 50 cm der kinetischen Energie dieser
Atome. Diese These war gemeinsam mit Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
erfolgt. Wir studieren photodissociation an der Schwelle der Schwefeldioxidmoleküle. Die-
se Moleküle sind mit einem Überschall-Expansion abgekühlt und dann verlangsamte sich
von Stark Abbremser. Das Ziel ist, kalte Sauerstoffatome mit kleinen kinetischer Energie zu
produzieren.
Schlagwörter: Stark-Rydberg Abbremsung, Interaktion Dipol-Dipol, Photodissoziation.Remerciements
Why can’t we get all the people together in the world
that we really like and then just stay together ?
I guess that wouldn’t work. Someone would leave.
Someone always leaves. Then we would have to say good-bye.
I hate good-byes. I know what I need. I need more hellos.
Snoopy
Ce mémoire conclue mon travail de thèse principalement réalisé au laboratoire Aimé
Cotton ainsi qu’à l’Institute of Quantum Optics de l’Université de Hanovre. Ce travail n’au-
rait pas été possible sans l’appui d’un grand nombre de personnes, auxquelles je tiens à
exprimer ma sincère gratitude. Je tiens également à remercier ici, toutes les personnes qui
ont rendu ces trois années inoubliables et passionnantes.
Je tiens d’abord à exprimer ma profonde gratitude à mes deux directeurs de thèse PIERRE
PILLET (laboratoire Aimé Cotton) et EBERHARD TIEMANN (Institute of Quantum Optics) de
m’avoir accueilli au sein de leurs équipes. J’ai ainsi pu réaliser mon travail de thèse dans
les meilleures conditions. Je les remercie tous deux pour m’avoir proposé ce sujet puis enca-
dré durant ma thèse. Je voudrais vous exprimer à tous deux, ma profonde gratitude pour la
confiance que vous m’avez témoignée tout au long de ma thèse, pour votre soutien et votre
optimisme extrêmement stimulants. Je vous dois d’avoir pu vivre une aventure passion-
nante et vraiment enrichissante par la diversité des sujets scientifiques qui ont été abordés.
Encore merci !
Je remercie ensuite chaleureusement NICOLAS VANHAECKE (laboratoire Aimé Cotton)
et CHRISTIAN LISDAT (Institute of Quantum Optics) pour avoir co-encadré ma thèse. Merci
à tous deux pour votre dynamisme, votre passion pour la physique et vos innombrables
idées. Les très nombreux échanges, aussi bien scientifiques que de manière générale, étaient
toujours enrichissants. Merci également pour la confiance que vous m’avez accordée sur ces
expériences malgré mon inexpérience en matière de dispositif expérimentaux. Merci Nicolas
de m’avoir initié au montage d’expériences, phase critique dans la vie d’un dispositif expéri-
mental. Merci Christian de m’avoir protégé du décélérateur Stark alors qu’il passait du côté
obscur et lachait des éclairs à qui s’en approchait de trop près !
Que PIERRE LABASTIE et FRANCISCO PERALES trouvent ici toute ma reconnaissance
pour avoir accepté le rôle difficile et exigent de rapporteur. Je remercie sincèrement aussi JAN
iii Remerciements
ARLT, CLAUDINE CRÉPIN-GILBERT et FRÉDÉRIC MERKT, membres de mon jury de thèse,
pour avoir accepter la charge de juger mon travail.
Je ne vous remercierai jamais assez, mes camarades d’expérience e