Optimization of a cold atom inertial sensor with a new accelerometric measurement technique combining atom interferometry and Bloch oscillations
Optimisation d’un capteur inertiel à atomes froids par une nouvelle technique de mesure accélérométrique combinant interférométrie atomique et oscillations de Bloch
Résumé
This work has shown the feasibility of measuring the gravity by atom interferometry, combining atomic Bloch oscillations and a Ramsey-Bordé interferometer with stimulated Raman transitions.
The measurement sensitivity of this kind of instrument increases with the interaction time. As the atoms are in free-fall during this time, classical atomic gravimeters, with three Raman pulses, are limited in sensitivity because of the dimensions of the device used. Bloch oscillations limit the fall of the atoms inside the interferometer, and therefore enable longer interaction times without being limited by the size of the experimental device. They also allow to perform a local measurement of the gravity. This is particularly interesting in order to reduce the size of such an instrument, or to perform short-range interaction measurements.
It was possible to measure the gravity, with a resolution of 2.10-7 g for an integration time of 300 s, which is one of the most sensitive measurements performed until now with an atomic gravimeter with Bloch oscillations. The displacement of atoms during the interferometer is reduced to about 1 mm. The limitations of the sensitivity of the measurement appear to be due to imperfections of the laser used to generate the optical lattice performing the Bloch oscillations. These imperfections are mostly speckle, induced by defects in the optical elements, and parasitic reflections on the windows of the vacuum chamber.
Ce travail a permis de montrer la faisabilité d’une mesure de l’accélération de pesanteur par interférométrie atomique, en associant des oscillations de Bloch atomiques à un interféromètre de Ramsey-Bordé à transitions Raman stimulées.
La sensibilité de mesure de ce type d’instrument augmentant avec le temps d’interaction, les gravimètres atomiques classiques, à trois impulsions Raman, sont limités en sensibilité par les dimensions du dispositif utilisé, les atomes étant en chute libre pendant toute la durée d’interaction. Les oscillations de Bloch permettent de limiter la chute des atomes dans l’interféromètre, et donc, d’une part, d’augmenter la durée de celui-ci sans être limité par la taille du dispositif expérimental et, d’autre part, d’effectuer une mesure locale de l’accélération de la pesanteur. Cela est notamment intéressant pour envisager une réduction de la taille de ce genre d’instrument, ou des mesures d’interactions à courtes distances.
Il a été possible d’effectuer une mesure de l’accélération de pesanteur, avec une résolution de 2.10-7 g pour un temps d’intégration de 300 s, ce qui est une des mesures les plus sensibles réalisées jusqu’alors avec un gravimètre atomique à oscillations de Bloch. Le déplacement des atomes pendant la durée de l’interféromètre est d’environ 1 mm. Les limitations de la sensibilité de la mesure semblent dues à des imperfections du laser utilisé pour générer le réseau optique permettant les oscillations de Bloch. Ces imperfections sont principalement du speckle, induit par les défauts des différents éléments optiques traversés par le faisceau laser, et une réflexion parasite sur les hublots de la chambre à vide contenant les atomes.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)