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We present a design strategy for grating magneto-optical traps (GMOTs). It takes the three most relevant optical properties for laser cooling (radiation pressure balance, specular reflection cancellation, and diffracted polarization) to build a scalar figure of merit. We use a rigorous coupled wave analysis (RCWA) simulation to find a geometry that maximizes this figure of merit. We also introduce a criterion that takes into account the robustness of the manufacturing processes to select a geometry that is reliable to manufacture. Finally, we demonstrate that the fabricated grating exhibits the expected optical properties and achieves typical GMOT performance.
We have observed the decoherence of a lithium atomic wave during its propagation in the presence of the radiation emitted by tungsten-halogen lamps, i.e., decoherence induced by blackbody radiation. We used our atom interferometer to detect this decoherence by measuring the atom fringe-visibility loss. The absorption of a photon excites the atom, which spontaneously emits a fluorescence photon. The momenta of these two photons have random directions, and this random character is the main source of decoherence. All previous similar experiments used small-bandwidth coherent excitation by a laser, whereas incoherent radiation involves several technical and conceptual differences. Our approach is interesting as blackbody radiation is omnipresent and decoherence should be considered if particles resonant to electromagnetic fields are used.
This document presents a summary of the 2023 Terrestrial Very-Long-Baseline Atom Interferometry Workshop hosted by CERN. The workshop brought together experts from around the world to discuss the exciting developments in large-scale atom interferometer (AI) prototypes and their potential for detecting ultralight dark matter and gravitational waves. The primary objective of the workshop was to lay the groundwork for an international TVLBAI proto-collaboration. This collaboration aims to unite researchers from different institutions to strategize and secure funding for terrestrial large-scale AI projects. The ultimate goal is to create a roadmap detailing the design and technology choices for one or more km-scale detectors, which will be operational in the mid-2030s. The key sections of this report present the physics case and technical challenges, together with a comprehensive overview of the discussions at the workshop together with the main conclusions.
We report here on the realization of light-pulse atom interferometers with large-momentum-transfer atom optics based on a sequence of Bragg transitions. We demonstrate momentum splitting up to 200 photon recoils in an ultracold atom interferometer. We highlight a new mechanism of destructive interference of the losses leading to a sizable efficiency enhancement of the beam splitters. We perform a comprehensive study of parasitic interferometers due to the inherent multiport feature of the quasi-Bragg pulses. Finally, we experimentally verify the phase shift enhancement and characterize the interferometer visibility loss
Mon travail de thèse, réalisé au LCAR, contribue au développement de nouveaux interféromètres atomiques fondés sur l'utilisation de condensats de Bose-Einstein et de réseaux optiques. Ces nouveaux interféromètres sont envisagés afin d'améliorer la sensibilité de capteurs inertiels, pour tester la gravitation ou de nouveaux modèles en physique des particules. La spécificité de l'interféromètre en construction au LCAR est sa grande séparation spatiale permettant de mettre en forme les potentiels électromagnétiques et gravitationnels à proximité des bras de l'interféromètre. Cette approche ouvre la voie à de nouvelles mesures en physique fondamentale et en métrologie. Notre dispositif est dimensionné afin de réaliser des tests de neutralité atomique avec une nouvelle méthode fondée sur la phase d'Aharonov-Bohm Scalaire. Une amélioration de plusieurs ordres de grandeur par rapport aux limites actuelles est attendue. Dans mon manuscrit de thèse, je commence par exposer les principes d'interférométrie atomique qui ont guidé le dimensionnement de notre interféromètre. Je décris la source d'atomes ultra-froids et les premiers résultats de fontaine atomique obtenus avec nos condensats de Bose-Einstein. Pour réaliser nos interféromètres atomiques, les condensats sont manipulés par des réseaux optiques dans le régime de quasi-Bragg. Afin de mieux comprendre les limites de ces séparatrices atomiques, j'ai mené une étude numérique et expérimentale que j'expose dans le troisième chapitre. Je commente notamment l'impact lié à la nature multi-ports des interféromètres atomiques réalisés dans ce régime, qui mènent à des interféromètres parasites pouvant limiter l'estimation de la phase. Enfin, lors de ma thèse j'ai démontré des mesures de déphasage interférométrique avec une séparation en impulsion correspondant à l'impulsion de 170 photons. Ce transfert d'impulsion est au niveau de l'état de l'art pour ce type de dispositif et constitue un prérequis pour l'obtention des séparations spatiales envisagées.
Sujets
Aharonov-Bohm
FIELD
Atom Optics
Birefringences
Détecteur à fil chaud
Condensats de Bose-Einstein
He-McKellar-Wilkens
Atom optics
Diffraction atomique
Accurate measurement
Fringevisibility
Effet Zeeman
Bragg diffraction
Electro-optics
Atom diffraction
Lithium
Close-coupling
Zeeman effect
Atom Interferometry
Fringe visibility
Frequency metrology
Optical pumping
Bose-Einstein condensate
Hydrogen
Electric polarizability
Laser diffraction
Geometric phases
Friction
Experimental results
Diode-pumped solid state lasers
Mesures de précision
Effet Aharonov-Bohm
Interferometry
Cohérence
Fringe contrast
High finesse
Birefringence
Atomic interferometry
CAVITY
Phase géométrique
Optique atomique
Interférométrie atomique
Damping
Non reciprocal effect
Coupled oscillators
Compensation
Laser cooling of atoms
Adsorbats moléculaires
Lithium atoms
Fringe phase shift
Polarisabilité
Geometrical phase
Matter wave
Atomic Bloch states
Diffraction d'une onde atomique
High phase sensitivity
Axion
Atome de lithium
Atom interferometer
Atom chip
Condensat de Bose-Einstein
Decoherence
Anisotropy
Diffraction atomique par laser
Condensats
High precision
Parallel velocity
Franges d'interférence
Atomic polarisability
Aharononov-Bohm
Glory oscillations
Muonic hydrogen
Diffraction
Frequency doubling
Stark effect
Polarizability
Atom inerteferometry
Diffraction de Bragg
Atom interferometry
Cold atoms
Bose Einstein condensate
Atomes froids
Magneto-optics
Atom
Collisions atome-atome
Atom interferometers
Aharonov-Casher
Vibrations
Cooling effect
Diffraction laser
Amortissement
Ring cavity
Aharonov-Bohm effect
Topological phase
ATOMS
Condensates
Effet Stark
Sagnac effect
Experiment
Coherence