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Dissertations / Theses on the topic 'All optical Bose-Einstein condensation'
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Barrett, Murray Douglas. "A QUEST for BEC : an all optical alternative." Diss., Georgia Institute of Technology, 2002. http://hdl.handle.net/1853/29520.
Full text
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Salomon, Guillaume. "Production tout optique de condensats de Bose-Einstein de 39K : des interactions contrôlables pour l’étude de gaz quantiques désordonnés en dimensions réduites." Thesis, Palaiseau, Institut d'optique théorique et appliquée, 2014. http://www.theses.fr/2014IOTA0009/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse rapporte la production tout optique de condensats de Bose-Einstein de 39K. Une étape clé du processus expérimental est l’obtention d’un nuage suffisamment froid permettant le chargement direct d’un piège dipolaire de manière efficace. Notre solution est l’utilisation d’une mélasse fonctionnant dans le bleu de la raie D1 de cet alcalin conduisant à une densité dans l’espace des phases élevée et ainsi au chargement direct d’un grand nombre d’atomes dans un piège à 1550 nm. Le nuage est ensuite polarisé puis comprimé dans un piège dipolaire croisé avant d’entamer un refroidissement évaporatif efficace au voisinage d’une résonance de Feshbach. Ce processus permet la production rapide de condensats de Bose-Einstein toutes les 7 secondes sur notre expérience. Ces nuages dégénérés représentent le point de départ pour la conduite d’expériences visant à étudier les effets du désordre dans les gaz quantiques en dimensions réduites. Nous envisageons l’étude du diagramme de phase du gaz de Bose bidimensionnel désordonné, de la localisation d’Anderson en dimension deux ainsi que l’étude de l’influence du désordre sur un soliton brillant dans une géométrie unidimensionnelleThis thesis presents the all optical production of 39K Bose-Einstein condensates. A key point in the process is the sub-Doppler cooling that allows for an efficient loading of an optical dipole trap. To this aim we use a gray molasses scheme working on the blue side of the D1 line of this alkali that leads to a high phase space density and a high number of trapped atoms in a 1550 nm optical trap. The cloud is then polarized and compressed in a crossed dipole trap before starting an efficient forced evaporation close to a Feshbach resonance. This process allows us to produce Bose-Einstein condensates every 7 seconds with our experiment. Those degenerate clouds represent the starting point of experiments aiming to study the influence of disorder on quantum gases in low dimensions. We discuss the perspectives to study of the phase diagram of the two-dimensional disordered Bose gas as well as the Anderson localization phenomenon in two dimensions and the behaviour of bright solitons in a disordered potential in a one-dimensional geometry
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Fouche, Lauriane. "Gaz quantiques de potassium 39 à interactions contrôlables." Thesis, Palaiseau, Institut d'optique théorique et appliquée, 2015. http://www.theses.fr/2015IOTA0003/document.
Full textAbstract:
Le potassium 39 est l'un des alcalins pour lesquels il est possible de contrôler les interactions entre atomes grâce à l'utilisation de résonances de Feshbach. Cette thèse présente un protocole rapide et performant de production de condensats de Bose-Einstein tout optiques de 39K. Notre technique s'appuie sur l'utilisation de mélasses grises permettant de refroidir suffisamment le nuage atomique pour charger directement un piège optique, ainsi que sur une phase d'évaporation optique réalisée au voisinage d'une résonance de Feshbach afin de contrôler le taux de collisions entre atomes. Des études dans divers mélanges de spins nous ont permis d'observer de nouvelles résonances de Feshbach en onde p ainsi qu'une résonance en onde d. Cette dernière, présentant des caractéristiques peu usuelles, a été étudiée plus en détails afin de comprendre les processus de collisions en jeu. Le modèle développé, faisant intervenir deux étapes de collision à deux corps, permet d'expliquer les résultats expérimentaux obtenus. Dans les gaz de Bose dégénérés de 39K produits, le contrôle des interactions au voisinage de la résonance de Feshbach à 560,7 Gauss pour les atomes de 39K dans l'état |F=1,mF=-1> nous a permis d'adresser différents problèmes physiques. Dans le cas d'interactions répulsives, nous étudions l'expansion d'un condensat de Bose-Einstein dans le crossover dimensionel 1D-3D tandis que pour des interactions attractives, nous formons des solitons brillants dans un piège optique unidimensionnel. Les perspectives d'étude de ces gaz de Bose dégénérés auto-confinés dans des milieux désordonnés sont également discutéesPotassium 39 is an alkali allowing to control the interactions between atoms thanks to Feshbach resonances. This thesis presents a fast and efficient way to produce all-optical Bose-Einstein condensates of 39K. Our technique is first taking advantage of gray molasses cooling leading to a cold enough sample to directly load an optical trap. Then an optical evaporation is performed near a Feshbach resonance to control the collision rate. Studies in various spin mixtures have allowed us to observe new p-wave Feshbach resonances and a d-wave Feshbach resonance. The later presents unusual properties and has been studied in details to understand the collision processes involved. The model developped is a two stage model, each one of them involving a two body collision. It explains the experimental results obtained. In the produced 39K degenerate Bose gases, tuning interactions near the Feshbach resonance at 560,7 Gauss for the atoms in |F=1,mF=-1> has allowed us to adress different physical problems. For repulsive interactions, we study the expansion of a Bose-Einstein condensate in the 1D-3D dimensional crossover. For attractive interactions we produce bright solitons in a one-dimensional optical trap. Perspectives concerning the study of those degenerate self-confined Bose gases in disordered media are also discussed
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Geursen, Reece Wim, and n/a. "Experiments with Bose-Einstein condensates in optical potentials." University of Otago. Department of Physics, 2005. http://adt.otago.ac.nz./public/adt-NZDU20070131.162251.
Full textAbstract:
We present a detailed experimental investigation into Bose-Einstein condensates loaded into a one-dimensional optical standing wave at the Bragg condition.
The main emphasis of this thesis is the experimental and theoretical investigation into Bragg spectroscopy performed on circularly accelerating Bose-Einstein condensates. The condensate undergoes circular micromotion in a magnetic time-averaged orbiting potential trap and the effect of this motion on the Bragg spectrum is analysed. A simple frequency modulation model is used to interpret the observed complex structure, and broadening effects are considered using numerical solutions to the Gross-Pitaevskii equation.
The second part of this thesis is an experimental investigation into the effect of nonlinearity on the non-adiabatic loading of a condensate into a optical lattice at the Brillouin zone boundary. Results of using a phase shifting technique to load a single Bloch band in the presence of strong interactions are presented. We observe a depletion of the condensed component, and we propose possible mechanisms for this result.
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McKinney, Sarah. "Dynamics of Bose-Einstein condensates in optical lattices /." Thesis, Connect to this title online; UW restricted, 2004. http://hdl.handle.net/1773/9805.
Full text
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Louis, Pearl J. Y. "Matter-wave solitons in optical lattices and superlattices /." View electronic text, 2005. http://matter.sci.osaka-cu.ac.jp/~pearl/thesis.pdf.
Full text
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Feng, Yinqi. "Quantum optical states and Bose-Einstein condensation : a dynamical group approach." Thesis, Open University, 2001. http://oro.open.ac.uk/54440/.
Full textAbstract:
The concept of coherent states for a quantum system has been generalized in many different ways. One elegant way is the dynamical group approach. The subject of this thesis is the physical application of some dynamical group methods in quantum optics and Bose-Einstein Condensation(BEC) and their use in generalizing some quantum optical states and BEC states. We start by generalizing squeezed coherent states to the displaced squeezed phase number states and studying the signal-to-quantum noise ratio for these states. Following a review of the properties of Kerr states and the basic theory of the deformation of the boson algebra, we present an algebraic approach to Kerr states and generalize them to the squeezed states of the q-parametrized harmonic oscillator. Using the eigenstates of a nonlinear density-dependent annihilation operator of the deformed boson algebra, we propose general time covariant coherent states for any time-independent quantum system. Using the ladder operator approach similar to that of binomial states, we construct interpolating number-coherent states, intermediate states which are generalizations of some fundamental states in quantum optics. Salient statistical properties and non-classical features of these interpolating numbercoherent states are investigated and the interaction with an atomic system in the framework of the Jaynes-Cummings model and the scheme to produce these states are also studied in detail. After briefly reviewing the realization of Bose-Einstein Condensates and relevant theoretical research using mean-field theory, we present a dynamical group approach to Bose-Einstein condensation and the atomic tunnelling between two condensates which interact via a minimal coupling term. First we consider the spectrum of one Bose-Einstein condensate and show that the mean-field dynamics is characterised by the semi-direct product of the 8U(1,1) and Heisenberg-Weyl groups. We then construct a generalized version of the BEC ground states and weakly excited states. It is shown that our states for BEC provide better fits to the experimental results. Then we investigate the tunnelling between the excitations in two condensates which interact via a minimal coupling term. The dynamics of the two interacting Bose systems is characterised by the 80(3,2) group, which leads to an exactly solvable model. Further we describe the dynamics of the tunnelling of the two coupled condensates in terms of the semi-direct product of 80(3,2) and two independent Heisenberg-Weyl groups. From this we obtain the energy spectrum and eigenstates for the two interacting Bose-Einstein condensates, as well as the Josephson current between the two coupled condensates.
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Cennini, Giovanni. "Field-insensitive Bose-Einstein condensates and an all-optical atom laser." [S.l. : s.n.], 2004. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=972737421.
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Figl, Cristina. "Optical collisions in crossed beams and Bose-Einstein condensation in a microtrap." Phd thesis, [S.l. : s.n.], 2004. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=97236143X.
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10
Berhane, Bereket H. "Quantum optical interactions in trapped degenerate atomic gases." Diss., Georgia Institute of Technology, 2000. http://hdl.handle.net/1853/29891.
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Naik, Devang S. "Bose-Einstein Condensation: Building the Testbeds to Study Superfluidity." Diss., Available online, Georgia Institute of Technology, 2006, 2006. http://etd.gatech.edu/theses/available/etd-09072006-141453/.
Full textAbstract:
Thesis (Ph. D.)--Physics, Georgia Institute of Technology, 2007.Davidovic, Dragomir, Committee Member ; Kennedy, T.A. Brian, Committee Member ; Chapman, Mike, Committee Member ; Raman, Chandra, Committee Chair ; Bunz, Uwe, Committee Member.
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Klafka, Tobias [Verfasser]. "Bose-Einstein condensation in higher Bloch bands of the optical honeycomb lattice / Tobias Klafka." Hamburg : Staats- und Universitätsbibliothek Hamburg Carl von Ossietzky, 2021. http://d-nb.info/1241249202/34.
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Damon, François. "Sonder des structures complexes avec des ondes de matière." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30342/document.
Full textAbstract:
Ce manuscrit présente les travaux que j'ai effectués au Laboratoire de Physique Théorique durant ma thèse. Ils portent sur l'interaction d'ondes de matière avec des réseaux optiques modulables en temps et en espace. L'utilisation de ces réseaux a permis de contrôler de manière cohérente les propriétés dynamiques d'un gaz d 'atomes ultra-froids. Cette étude théorique a été réalisée en collaboration avec le groupe Atomes Froids du Laboratoire LCAR. Les variations spatiales de l'enveloppe d u réseau créent, localement, des gaps spatiaux créant une cavité de Bragg pour onde de matière, dont nous avons étudié en détail les propriétés et qui a fait l'objet d'une réalisation expérimentale impliquant la propagation d'un condensat de Bose-Einstein de rubidium 85 dans un guide d'onde. Nous avons également étudié la propagation d'un nuage d 'atomes dans un réseau bichromatique qui permet de réaliser un simulateur quantique du modèle de Harper. Le spectre du hamiltonien de ce système a une dimension fractale pouvant être caractérisée nu mériquement. Nous avons montré, par ailleurs, qu'il est possible d'exploiter les interactions inter-atomiques répulsives d'un condensat de Bose-Einstein afin d'amplifier les corrélations position-vitesse lors de sa pro pagation dans un guide. Notre étude montre qu'une mesure des grandeurs dynamiques locales du nuage atomique permet de sonder expérimentalement les résonances d'un potentiel optique jusqu'à l'échelle du picoKelvin. Enfin, un nuage d'atomes en interaction attractive admet une solution d'équilibre : le soliton. Nous avons démontré, numériquement, que celui-ci peut être utilisé pour sonder des états liés d'un poten tiel de taille finie, en peuplant ces états lors d'une expérience de diffusion comme, par exemple, des états de surfaceThis thesis presents the studies that I did at the Laboratoire de Physique Théorique. It concerns the interaction between matter waves and time and space depandant optical lattices. Using such lattices allows one to manipulate coherently the dynamical properties of ultra cold atoms. This theoretical study has been done in collaboration with the Cold Atoms group at the LCAR laboratory. The spatial variations of the lattice envelope locally create spatial gaps which create a Bragg cavity for matter waves. We have st udied in detail their properties and the cavity has been realized experimentally by using a Ru bid ium 85 Bose-Einstein condensate in a wave guide. We have also studied the propagation of an atomic cloud in a bichromatic optical lattice which allows us to make a quantum simulator of the Harper madel. The spectrum of the system Hamiltonian· posseses a fractal dimension which can be numerically characterized. We have also shawn that it is possible to use the repulsive interatomic interaction of a Bose-Einstein condensate in arder to amplify the momentum-position correlation during propagation in a guide. Our st udy shows that a mesure of local dynamical quantities of the atomic cloud enables one to experimentally probe resonances of an optical potential down to the picoKelvin scale. At last, an atomic cloud with attractive interactions admit a stable solution, the soliton. We have numerically demonstrated that this soliton can be used to probe bound states of a potential by populating those states through a scattering experiment, for example surface states
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Mellish, Angela Susan, and n/a. "Experiments with Bose-Einstein condensates in optical lattices and cold collisions of ultracold atoms." University of Otago. Department of Physics, 2006. http://adt.otago.ac.nz./public/adt-NZDU20070126.100723.
Full textAbstract:
The experimental realisation of Bose-Einstein condensation in 1995 opened up a wealth of opportunities for probing quantum states of matter. The development of many tools used to manipulate such ultracold samples and the rapid progress on understanding these systems will ultimately lead to great technological advances. The work described in this thesis contributes to this worldwide effort and here we present experiments which investigate the properties and behaviour of ultracold atoms.
In the first experiments presented here, we have studied features of Bose-Einstein condensates loaded into an optical lattice formed by the interference of two laser beams. By altering the phase of the lattice at the Bragg condition, we investigate the effect of the phase shift on the dressed-atom states. We find that by applying a +(-)[pi]/2 phase shift after a [pi]/2 (3[pi]/2) lattice pulse, we are able to quickly and precisely load the ground and first excited eigenstates of the lattice. In another experiment, we use a periodically pulsed stationary optical lattice and a tightly-confined Bose-Einstein condensate to investigate the nonlinear kicked harmonic oscillator at quantum anti-resonance. We observe periodic behaviour in the energy of the condensate, however we show that the nonlinearity is not strong enough to enter the predicted chaotic regime. In addition, the amplitude of the energy oscillations damps to an average value and we relate this to dephasing of the coupling across the finite momentum width of the condensate.
In the second series of experiments, we use a double-well magnetic collider to investigate cold collisions between ultracold atoms. By creating two ultracold clouds in a double-well magnetic trap and then transforming the trap to a single well, we accelerate the clouds together to initiate a collision between them. We describe in detail the analysis method that we use to extract the partial-wave phase shifts from the matter-wave interference patterns associated with the scattered atoms. We then implement a two-photon pulse, which is applied prior to the collision to convert one of the clouds to a different spin state. This enables the study of scattering between distinguishable states which exhibited anti-symmetric p-wave scattering via the interference with the s- and d-waves previously observed for indistinguishable states. We find the position of the d-wave shape resonance and compare our data to a coupled-channels model.
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Viebahn, Konrad Gilbert Heinrich. "Quasicrystalline optical lattices for ultracold atoms." Thesis, University of Cambridge, 2018. https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/287942.
Full textAbstract:
Quasicrystals are long-range ordered and yet non-periodic. This interplay results in a wealth of intriguing physical phenomena, such as the inheritance of topological properties from higher dimensions, self-similarity, and the presence of non-trivial structure on all scales. The concept of aperiodic order has been extensively studied in mathematics and geometry, exemplified by the celebrated Penrose tiling. However, the understanding of physical quasicrystals (the vast majority of them are intermetallic compounds) is still incomplete owing to their complexity, regarding both growth processes and stability. Ultracold atoms in optical lattices offer an ideal, yet untested environment for investigating quasicrystals. Optical lattices, i.e. standing waves of light, allow the defect-free formation of a large variety of potential landscapes, including quasiperiodic geometries. In recent years, optical lattices have become one of the most successful tools in the large-scale quantum simulation of condensed-matter problems. This study presents the first experimental realisation of a two-dimensional quasicrystalline potential for ultracold atoms, based on an eightfold symmetric optical lattice. It is aimed at bringing together the fields of ultracold atoms and quasicrystals - and the more general concept of aperiodic order. The first part of this thesis introduces the theoretical aspects of aperiodic order and quasicrystalline structure. The second part comprises a detailed account of the newly designed apparatus that has been used to produce quantum-degenerate gases in quasicrystalline lattices. The third and final part summarises the matter-wave diffraction experiments that have been performed in various lattice geometries. These include one- and two-dimensional simple cubic lattices, one-dimensional quasiperiodic lattices, as well as two-dimensional quasicrystalline lattices. The striking self-similarity of this quasicrystalline structure has been directly observed, in close analogy to Shechtman's very first discovery of quasicrystals using electron diffraction. In addition, an in-depth study of the diffraction dynamics reveals the fundamental differences between periodic and quasicrystalline lattices, in excellent agreement with ab initio theory. The diffraction dynamics on short timescales constitutes a continuous-time quantum walk on a homogeneous four-dimensional tight-binding lattice. On the one hand, these measurements establish a novel experimental platform for investigating quasicrystals proper. On the other hand, ultracold atoms in quasicrystalline optical lattices are worth studying in their own right: Possible avenues include the observation many-body localisation and Bose glasses, as well as the creation of topologically non-trivial systems in higher dimensions.
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Lowney, Joseph Daniel. "Manipulating and Probing Angular Momentum and Quantized Circulation in Optical Fields and Matter Waves." Diss., The University of Arizona, 2016. http://hdl.handle.net/10150/612898.
Full textAbstract:
Methods to generate, manipulate, and measure optical and atomic fields with global or local angular momentum have a wide range of applications in both fundamental physics research and technology development. In optics, the engineering of angular momentum states of light can aid studies of orbital angular momentum (OAM) exchange between light and matter. The engineering of optical angular momentum states can also be used to increase the bandwidth of optical communications or serve as a means to distribute quantum keys, for example. Similar capabilities in Bose-Einstein condensates are being investigated to improve our understanding of superfluid dynamics, superconductivity, and turbulence, the last of which is widely considered to be one of most ubiquitous yet poorly understood subjects in physics. The first part of this two-part dissertation presents an analysis of techniques for measuring and manipulating quantized vortices in BECs. The second part of this dissertation presents theoretical and numerical analyses of new methods to engineer the OAM spectra of optical beams. The superfluid dynamics of a BEC are often well described by a nonlinear Schrodinger equation. The nonlinearity arises from interatomic scattering and enables BECs to support quantized vortices, which have quantized circulation and are fundamental structural elements of quantum turbulence. With the experimental tools to dynamically manipulate and measure quantized vortices, BECs are proving to be a useful medium for testing the theoretical predictions of quantum turbulence. In this dissertation we analyze a method for making minimally destructive in situ observations of quantized vortices in a BEC. Secondly, we numerically study a mechanism to imprint vortex dipoles in a BEC. With these advancements, more robust experiments of vortex dynamics and quantum turbulence will be within reach. A more complete understanding of quantum turbulence will enable principles of microscopic fluid flow to be related to the statistical properties of turbulence in a superfluid. In the second part of this dissertation we explore frequency mixing, a subset of nonlinear optical processes in which one or more input optical beam(s) are converted into one or more output beams with different optical frequencies. The ability of parametric nonlinear processes such as second harmonic generation or parametric amplification to manipulate the OAM spectra of optical beams is an active area of research. In a theoretical and numerical investigation, two complimentary methods for sculpting the OAM spectra are developed. The first method employs second harmonic generation with two non-collinear input beams to develop a broad spectrum of OAM states in an optical field. The second method utilizes parametric amplification with collinear input beams to develop an OAM-dependent gain or attenuation, termed dichroism for OAM, to effectively narrow the OAM spectrum of an optical beam. The theoretical principles developed in this dissertation enhance our understanding of how nonlinear processes can be used to engineer the OAM spectra of optical beams and could serve as methods to increase the bandwidth of an optical signal by multiplexing over a range of OAM states.
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Haine, Simon A. "The stability of a continuously pumped atom laser." View electronic text, 2002. http://eprints.anu.edu.au/documents/disk0/00/00/06/62/index.html.
Full textAbstract:
Thesis (BSc. (Hons))--Australian National University, 2002.Available via the Australian National University Library Electronic Pre and Post Print Repository. Title from title screen (viewed Feb. 18, 2003). "A thesis submitted as partial fulfillment of the requirements for the degree of Bachelor of Science with Honours in theoretical physics at the Australian National University" Includes bibliographical references.
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Kuyumjyan, Grigor. "Condensation de Bose-Einstein multiple dans les modes d’ordre supérieurs d’une cavité optique bi-fréquence." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0877/document.
Full textAbstract:
Les gaz quantiques dégénérés des atomes neutres sont d’excellentssystèmes avec les applications importantes dans les études de la physique à plusieurs corps, de la matière condensée, de la mesure de haute précision et de l'information quantique. Dans cette thèse, nous démontrons la production des condensats de Bose-Einstein de 87Rb dans les différents modes transverses de la cavité qui a une configuration en papillon (bow-tie cavity). La cavité est résonante à deux longueurs d'onde, 1560 nm et 780 nm. Nous utilisons la radiation à 1560 nm, une longueur d'onde accessible dans la télécommunication (bande C) pour obtenir le condensat de Bose-Einstein dans un piège dipolaire intra-cavité. La cavité optique permet de réaliser un piège dipolaire profond à partir d'une source optique à puissance modérée (3W), grâce à l'amplification de la puissance au sein du résonateur. Les modes non dégénérés du résonateur permettent d'obtenir de multiples condensats dans les modes transverses supérieurs. Comme exemples représentatifs, nous avons réalisé le condensat de Bose-Einstein dans le mode fondamental et le mode TEM01 de la cavité. L'utilisation de ces modes nous permet d'avoir un et deux puits de potentiels pour le piégeage où l'échantillon atomique ultra-froid est couplé au mode du résonateur. En contrôlant la puissance relative entre le mode fondamental et les modes transverses supérieurs (TEM01, TEM10), nous arrivons à réaliser la division et la recombinaison d’un 'ensemble atomique ultra-froid. De plus, dans ce manuscrit nous présentons le développementd'un système d'asservissement autour de la cavité optique qui nous permet d'obtenir les deux radiations asservies sur le résonateur ainsi que la stabilisation de la longueur de la cavité sur les atomes de rubidium. La deuxième longueur d'onde provient du faisceau à 1560 nm après le doublage de fréquence. Par la suite, les deux longueurs d'onde sont asservies sur la cavité par la technique de Pound-Drever-Hall. Une partie du composant doublé en fréquence est comparée en fréquence avec un laser à 780 nm asservi sur les atomes de rubidium par la technique de battement optique. Ensuite, le signal de battement est converti par un synthétiseur de fréquence et est envoyé vers le contrôleur de transducteur piézo-électrique de la cavité via un régulateur PI pour éviter la dérive à long terme liée aux fluctuations de la température. La résonance à 780 nm sera utilisée comme faisceau de sonde intra-cavité. Cela nous permettra de réaliser une mesure quantique non-destructive et de générer des états comprimés de spins induits par cette mesureQuantum degenerate gases of neutral atoms are excellent systems with important applications in the study of many body quantum physics, condensed matter physics, precision measurements, and quantum information processing. In this thesis we demonstrate the creation of 87Rb Bose-Einstein condensates (BECs) in different transverse modes of a bow-tie cavity. The cavity resonant at two wavelengths, 1560 and 780 nm. We are using the radiation 1560 nm accessible in telecom (C band) to create BEC in the cavity enhanced optical dipole trap with only 3 W of optical power from the source. The non-degenerate cavity modes enable the creation of arrays of BECs in the higher transverse modes. As representative examples we realize the BEC in the fundamental TEM00 and the TEM01 mode of the cavity which are the single well and double well trapping configuration with ultra-cold atomic simple well coupled to the cavity modes. By controlling the relative power between the fundamental and the higher transverses cavity modes (TEM01, TEM10), splitting and merging of ultra-cold atomic ensemble is shown. Moreover, in this manuscript we present the development of a lock system around the optical cavity which allows us to obtain both radiations locked to the cavity as well as the lengthe of the optical resonator is referenced on the rubidium atoms. The second wavelength is derived from 1560 nm beam by frequency doubling and then both radiations are locked to the cavity by Pound-Drever-Hall technique. One part of the frequency doubled 780 nm is referenced to an independent 780 nm laser locked on the rubidium atoms. The beat signal between these two lasers is frequency synthesized and through the PI controller is sent to the piezo-electric transducer driver to avoid long-term drifts of the cavity due to temperature fluctuations. The cavity resonance at 780 nm will be used as a probe beam for cavity aided quantum non-demolition measurements to generate measurement induced spin squeezed states
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Thomas, Nicholas, and n/a. "Double-TOP trap for ultracold atoms." University of Otago. Department of Physics, 2005. http://adt.otago.ac.nz./public/adt-NZDU20070321.160859.
Full textAbstract:
The Double-TOP trap is a new type of magnetic trap for neutral atoms, and is suitable for Bose-Einstein condensates (BECs) and evaporatively cooled atoms. It combines features from two other magnetic traps, the Time-averaged Orbiting Potential (TOP) and Ioffe-Pritchard traps, so that a potential barrier can be raised in an otherwise parabolic potential. The cigar-like cloud of atoms (in the single-well configuration) is divided halfway along its length when the barrier is lifted.
A theoretical model of the trap is presented. The double-well is characterised by the barrier height and well separation, which are weakly coupled. The accessible parameter space is found by considering experimental limits such as noise, yielding well separations from 230 [mu]m up to several millimetres, and barrier heights from 65 pK to 28 [mu]K (where the energies are scaled by Boltzmann�s constant). Potential experiments for Bose-Einstein condensates in this trap are considered.
A Double-TOP trap has been constructed using the 3-coil style of Ioffe-Pritchard trap. Details of the design, construction and current control for these coils are given. Experiments on splitting thermal clouds were carried out, which revealed a tilt in the potential. Two independent BECs were simultaneously created by applying evaporative cooling to a divided thermal cloud.
The Double-TOP trap is used to form a linear collider, allowing direct imaging of the interference between the s and d partial waves. By jumping from a double to single-well trap configuration, two ultra-cold clouds are launched towards a collision at the trap bottom. The available collision energies are centred on a d-wave shape resonance so that interference between the s and d partial waves is pronounced. Absorption imaging allows complete scattering information to be collected, and the images show a striking change in the angular distribution of atoms post-collision. The results are compared to a theoretical model, verifying that the technique is a useful new way to study cold collisions.
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Chang, Ming-Shien. "Coherent Spin Dynamics of a Spin-1 Bose-Einstein Condensate." Diss., Georgia Institute of Technology, 2006. http://hdl.handle.net/1853/10547.
Full textAbstract:
Bose-Einstein condensation (BEC) is a phenomenon in which identical bosons occupy the same quantum state below a certain critical temperature. A hallmark of BEC is the coherence between particles every particle shares the same quantum wavefunction and phase. This coherence has been demonstrated for the external (motional) degrees of freedom of the atomic condensates by interfering two condensates. In this thesis, the coherence is shown to extend to the internal spin degrees of freedom of a spin-1 Bose gas evidenced by the observed coherent and reversible spin-changing collisions. The observed coherent dynamics are analogous to Josephson oscillations in weakly connected superconductors and represent a type of matter-wave four-wave mixing. Control of the coherent evolution of the system using magnetic fields is also demonstrated. The studies on spinor condensates begin by creating spinor condensates directly using all-optical approaches that were first developed in our laboratory. All-optical formation of Bose-Einstein condensates (BEC) in 1D optical lattice and single focus trap geometries are developed and presented. These techniques offer considerable flexibility and speed compared to magnetic trap approaches, and the trapping potential can be essentially spin-independent and are ideally suited for studying spinor condensates. Using condensates with well-defined initial non-equilibrium spin configuration, spin mixing of F = 1 and F = 2 spinor condensates of rubidium-87 atoms confined in an optical trap is observed. The equilibrium spin configuration in the F = 1 manifold confirms that 87Rb is ferromagnetic. The coherent spinor dynamics are demonstrated by initiating spin mixing deterministically with a non-stationary spin population configuration. Finally, the interplay between the coherent spin mixing and spatial dynamics in spin-1 condensates with ferromagnetic interactions is investigated.
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Vanderbruggen, Thomas. "Détection non-destructive pour l’interférométrie atomique et Condensation de Bose-Einstein dans une cavité optique de haute finesse." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112067/document.
Full textAbstract:
Ce mémoire de thèse étudie diverses méthodes d'amélioration des interféromètres atomiques. Dans la première partie du manuscrit, nous analysons comment une détection non-destructive, au sens où elle préserve la cohérence entre les états internes de l'ensemble atomique, permet d'améliorer la sensibilité des interféromètres. Nous montrons tout d'abord, grâce à une étude théorique, que la projection du vecteur d'onde engendrée par la mesure permet de préparer des états comprimés de spin. Nous présentons ensuite la mise en œuvre de cette méthode à l'aide d'une détection reposant sur la spectroscopie par modulation de fréquence. Finalement, nous exposons quelques premières applications de cette détection non-destructive, plus précisément nous présentons la réalisation du rétroaction quantique qui protège l'état atomique contre la décohérence induite par un basculement du spin collectif, nous montrons aussi comment réaliser une boucle à verrouillage de phase où les atomes servent de référence de phase. Dans la seconde partie du manuscrit, nous présentons la réalisation tout-optique d'un condensat de Bose-Einstein dans une cavité de haute finesse, exploitant les technologies développées pour les télécommunications optiques. Nous commençons par une analyse du résonateur et des méthodes d'asservissement, nous introduisons notamment une méthode d'asservissement originale exploitant la modulation serrodyne. Enfin, nous montrons comment un condensat est obtenu par évaporation dans le mode optique de la cavitéIn this thesis, we study several methods to improve atom interferometers. In the first part of the manuscript, we analyze how a nondestructive detection, that preserves the coherence between the internal degrees of freedom in an atomic ensemble, can be used to increase the sensitivity of interferometers. We first theoretically show how the projection of the wave-function induced by the measurement prepares spin-squeezed states. We then present the implementation of this method with a detection based on the frequency modulation spectroscopy. Finally, some first applications are described, more explicitly we show how to implement a quantum feedback that preserve the atomic state against the decoherence induced by a random collective flip, we also introduce a phase-locked loop where the atomic sample is used as the phase reference. In the second part of the manuscript, we present the all-optical realization of a Bose-Einstein condensate in a high-finesse cavity using a laser system based on standard telecoms technologies. We first describe the resonator and the frequency lock of the laser on the resonance, in particular, we introduce a new stabilization method based of the serrodyne modulation. Finally, we show how the condensate is obtained from the evaporation in the cavity mode
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Schreck, Florian. "Mixtures of ultracold gases : Fermi sea and Bose-Einstein condensate of lithium isotopes." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001340.
Full textAbstract:
Cette thèse décrit l'étude des gaz de fermions $^6$Li et de bosons$^7$Li dans le régime quantique à très basse température. Le
refroidissement est obtenu par évaporation du $^7$Li dans un piège
magnétique très confinant. Puisque le refroidissement évaporatif
d'un gaz de fermion polarisé est quasiment impossible, le $^6$Li
est refroidi sympathiquement par contact thermique avec le $^7$Li.
Dans une première série d'expériences, les propriétés des gaz
quantiques dans les états hyperfins les plus élevés, piégés
magnétiquement, sont étudiées. Un gaz de $10^5$ fermions a une
température de 0.25(5) fois la température de Fermi ($T_F$) est
obtenu. L'instabilité du condensat pour plus de 300 atomes
condensés, à cause des interactions attractives, limite la
dégénérescence que l'on peut atteindre. Pour s'affranchir de cette
limite, une autre série d'expérience est menée dans les états
hyperfins bas, piégeable magnétiquement, où les interactions entre
bosons sont faiblement répulsives. Les collisions
inter-isotopiques permettent alors la thermalisation du mélange.
Le mélange d'un condensat de Bose-Einstein (CBE) de $^7$Li et d'un
mer de Fermi de $^6$Li est produit. Le condensat est quasi
unidimensionnel et la fraction thermique peut être négligeable. La
dégénérescence atteinte correspond à $T/T_C=T/T_F=0.2(1)$. La
température est mesurée à partir de la fraction thermique des
bosons qui disparaît aux plus basses températures, et limite notre
précision de mesure. Dans une troisième série d'expérience, les
bosons sont transférés dans un piège optique, et placé dans l'état
interne $|F=1,m_F=1\rangle$, l'état fondamental pour les bosons.
Une résonance de Feshbach est repérée puis exploitée pour former
un condensai où les interactions sont ajustables. Quand les
interactions effectives entre les atomes sont attractives, on
observe la formation d'un soliton brillant de matière. La
propagation de ce soliton sans dispersion sur une distance de
$1.1\,$mm est observée.
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Luz, Hedhio Luiz Francisco da. "Dinâmica e estabilidade de condensados de Bose-Einstein em redes ópticas lineares e não-lineares." Universidade de São Paulo, 2013. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-15102014-134254/.
Full textAbstract:
Nessa tese, o objetivo principal foi verificar a estabilidade de sistemas atômicos condensados, sujeitos a diferentes combinações lineares e não-lineares de redes ópticas bie tridimensionais, considerando algumas situações simétricas e assimétricas. Com esse objetivo, foram realizadas análises variacionais e simulações numéricas exatas da equação não-linear correspondente que descreve sistemas condensados de Bose-Einstein, tipo-Schrödinger, mais conhecida como equação de Gross-Pitaevskii. No caso bidimensional, com redes ópticas cruzadas, linear e não-linear, foi verificada a existência de estabilidade para certas regiões de parâmetros das interações. Observou-se que essa estabilidade desaparece ao se incluir uma terceira dimensão sem a presença de um potencial de confinamento. No caso tridimensional, considerando redes ópticas lineares e não-lineares cruzadas, a estabilidade só ocorre quando consideramos uma interação confinante na terceira dimensão, no caso, uma segunda rede óptica linear. Finalmente, espera-se que nossos resultados venham a ser úteis para estudos experimentais que vêm sendo feitos em laboratórios de átomos ultra-frios.In this thesis, the main objective was the verification of stability of condensed atomic systems, subject to different combinations of linear and nonlinear bi- and tridimensional optical lattices , considering some symmetric and asymmetric situations. With this objective, were performed variational analyzes and numerical exact simulations of the nonlinear Schrödinger-type equation that describes Bose-Einstein condensate systems, better known as Gross-Pitaevskii equation. In two-dimensional case, with a crossed linear and nonlinear optical lattice, the stability was confirmed for certain parameter regions of the interactions. It was observed that the stability disappears when including a third dimension without the presence of a confinement potential. In the three dimensional case, considering crossed linear and nonlinear optical lattices, stability occurs only when considering an interaction confining the third dimension, in this case a second linear optical lattice. Finally, it is expected that our results will be useful for experimental studies which have been done in the laboratories of ultra-cold atoms. Keywords:
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Rehn, Magnus. "Experimental and Numerical Investigations of Ultra-Cold Atoms." Doctoral thesis, Umeå : Department of Physics, Umeå Univ, 2007. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-1453.
Full text
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Briosne, frejaville Clémence. "Transport et confinement optique d'atomes de strontium pour une expérience de microscope à gaz quantique." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASP037.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse portent sur la construction d’un nouveau dispositif pour atomes froids de strontium 84. Les expériences réalisées sur ce montage porteront sur la dynamique de relaxation de gaz quantiques hors équilibre. Cette dynamique est étudiée pour des gaz bidimensionnels sur réseau. Ce manuscrit de thèse s'attache à décrire la conception des systèmes optiques utilisés pour piéger et manipuler les gaz lors des expériences. En particulier, le montage optique utilisé pour le transport des atomes entre deux positions de l'enceinte à vide est présenté. La solution choisie pour la réalisation du piège bidimensionnel est elle aussi détaillée. Enfin, un microscope à gaz quantiques est mis en place afin de mesurer in situ les fonctions de corrélation spatiales à partir de la répartition des atomes dans le piège bidimensionnel. Une caractérisation du microscope est présentée dans ce manuscrit. Bien que la conception des différents systèmes optiques soit terminée dans sa première version, il nous reste quelques étapes de construction avant d'achever le montage de notre dispositif expérimentalThis manuscript presents the construction of a new quantum ultracold atom experiment using strontium 84. The aim of this experiment is to study the relaxation dynamics of quantum gases initially prepared in an out-of-equilibrium state. We will investigate bidimensional gases on a lattice. This manuscript aims to describe the optical systems designed for trapping and manipulating the atoms during the experiment. Specifically, we present our optical solution to transport the atoms between locations in the vacuum chamber. We also discuss the choices we made to create the bidimensional lattice. Lastly, a quantum gas microscope is implemented to measure the spatial correlation functions from the atoms’ distribution in the lattice. A characterization of the microscope is laid out in this manuscript. Though we determined a first version of our optical systems, there are still a few steps needed to complete the experimental setup
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Bookjans, Eva M. "Relative number squeezing in a Spin-1 Bose-Einstein condensate." Diss., Georgia Institute of Technology, 2010. http://hdl.handle.net/1853/37148.
Full textAbstract:
The quantum properties of matter waves, in particular quantum correlations and entanglement are an important frontier in atom optics with applications in quantum metrology and quantum information. In this thesis, we report the first observation of sub-Poissonian fluctuations in the magnetization of a spinor 87Rb condensate. The fluctuations in the magnetization are reduced up to 10 dB below the classical shot noise limit. This relative number squeezing is indicative of the predicted pair-correlations in a spinor condensate and lay the foundation for future experiments involving spin-squeezing and entanglement measurements. We have investigated the limits of the imaging techniques used in our lab, absorption and fluorescence imaging, and have developed the capability to measure atoms numbers with an uncertainly < 10 atoms. Condensates as small as ≈ 10 atoms were imaged and the measured fluctuations agree well with the theoretical predictions. Furthermore, we implement a reliable calibration method of our imaging system based on quantum projection noise measurements. We have resolved the individual lattice sites of a standing-wave potential created by a CO2 laser, which has a lattice spacing of 5.3 µm. Using microwaves, we site-selectively address and manipulate the condensate and therefore demonstrate the ability to perturb the lattice condensate of a local level. Interference between condensates in adjacent lattice sites and lattice sites separated by a lattice site are observed.
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Fuhrmanek, Andreas. "From single to many atoms in a microscopic optical dipole trap." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00655970.
Full textAbstract:
This thesis focuses on the manipulation of rubidium 87 atoms in a microscopic optical dipole trap. The experiments are performed in various regimes where the number of atoms in the microscopic trap ranges from exactly one atom to several thousands on average.The single atom regime allows us to calibrate the experimental setup. We use it a quantum bit, which state we can prepare and read out with efficiencies of 99.97% and 98.6%, respectively. When several atoms are loaded in the microscopic trap we observe a sub-Poissonian distribution of the number of atoms due to light-assisted collisions in the presence of near-resonant light. A study of these collisions in our particular case (microscopic trap) reveals extremely high loss rates approaching the theoretical Langevin limit. Finally, we demonstrate that the loading of the microscopic trap is more efficient when we superimpose on this trap a second macroscopic trap, which we use as an atom reservoir. This reservoir allows us to load the micro trap from the macro trap in the absence of any near-resonant light, thus avoiding light-assisted collisions.The loading of the micro trap from the macro trap leads to optimal initial conditions for forced evaporation towards Bose-Einstein condensation with about ten atoms only. After evaporation we reach phase-space densities approaching the degenerate regime.
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Costa, Karine Piacentini Coelho da. "Estudo do modelo de Bose-Hubbard usando o algoritmo Worm." Universidade de São Paulo, 2011. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-27022012-085711/.
Full textAbstract:
Nesta dissertação estudaremos sistemas de bósons ultrafrios armadilhados em uma rede ótica quadrada bidimensional sem levar em consideração o confinamento harmônico. A dinâmica desses sistemas é bem descrita pelo modelo de Bose-Hubbard, que prevê uma transição de fase quântica de um superfluido para um isolante de Mott a temperaturas baixas, e pode ser induzida variando a profundidade do potencial da rede ótica. Apresentaremos o diagrama de fases dessa transição construído a partir de uma aproximação de campo médio e também com um cálculo numérico usando um algoritmo de Monte Carlo Quântico, denominado algoritmo Worm. Encontramos o ponto crítico para o primeiro lobo de Mott em ambos os casos, concordando com trabalhos anteriores.This work study the two-dimensional ultracold bosonic atoms loaded in a square optical lattice, without harmonic confinement. The dynamics of this system is described by the Bose-Hubbard model, which predicts a quantum phase transition from a superfluid to a Mott-insulator at low temperatures that can be induced by varying the depth of the optical potential. We present here the phase diagram of this transition built from a mean field approach and from a numerical calculation using a Quantum Monte Carlo algorithm, namely the Worm algorithm. We found the critical transition point for the first Mott lobe in both cases, in agreement with the standard literature.
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Bouganne, Raphaël. "Probing ultracold ytterbium in optical lattices with resonant light : from coherent control to dissipative dynamics." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS391.
Full textAbstract:
Dans ce manuscrit je décris une série d'études expérimentales portant sur la dynamique d'un nuage d'atomes d'ytterbium bosonique dégénérés chargés dans un réseau optique et soumis à de la lumière résonante. L'interaction atome-lumière permet d'étudier les propriétés de cohérence quantique du gaz. Dans un premier temps, je démontre la manipulation cohérente de l'état interne des atomes sur la transition d'horloge, dont l'état excité est métastable et ne peux pas émettre de photons spontanément, protégeant ainsi la cohérence du gaz. La dynamique temporelle de l'état interne d'atomes chargés dans un réseau optique profond permet de mesurer les propriétés collisionelles à basse température pour les états horloges de l'ytterbium. Dans un second temps, j'utilise l'émission spontanée associée à la transition d'intercombinaison, ce qui permet un couplage aux degrés de liberté externes des atomes. Je présente l'étude de la diffusion en impulsion d'un superfluide excité sur cette transition. Les fortes interactions entre atomes conduisent à l'observation d'une décohérence ralentie aux temps longs et caractérisée par un régime sous-diffusif. Un modèle simple de type Bose-Hubbard incluant la dissipation permet de rendre compte de ces observations. Une étude théorique des effets à N-corps dans l'interaction atome-lumière vient en compléter l'analyseIn this manuscript I present an experimental investigation of the dynamics of an ultracold gas of bosonic ytterbium loaded into optical lattices and exposed to resonant light. The interaction between atoms and light makes it possible to study the coherence properties of the gas. The resonant driving is performed on the relevant optical transitions featured by ytterbium. On the one hand, I demonstrate the coherent driving of the internal state of the atoms on the clock transition, the excited state of which is metastable and can not spontaneously decay, thus preserving the coherence of the gas. The temporal internal dynamics in a deep lattice allows me to measure the collisional properties at low temperature for both clock states. On the other hand, I use the spontaneously emitted photons of the intercombination transition excited level to induce a coupling to the atomic external degrees of freedom. I present the momentum diffusion of a superfluid excited on this transition. Strong interactions between atoms slow down the decoherence and lead to an anomalous sub-diffusive relaxation. A simple model comprising atomic motion, interactions and dissipation accounts for our observations. A theoretical study of the dissipative dynamics in optical lattices sheds light on complementary phenomena such as induced dipole-dipole interactions or collective effects in spontaneous emission
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Michon, Eric. "Dynamique de condensats de Bose Einstein dans un réseau optique modulé en phase ou en amplitude." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30100/document.
Full textAbstract:
La thèse traite de la dynamique d'un Condensat de Bose Einstein (CBE) dans un réseau optique modulé en phase et en amplitude. Dans un premier temps, je présente le dispositif expérimental permettant d'obtenir le CBE ainsi que le réseau optique, et décris les différents contrôles de la phase et de l'amplitude que nous avons mis en place. La première expérience que nous avons effectuée repose sur le changement brusque de la phase du réseau permettant de déplacer celui-ci de quelques dizaines de nm. Cette expérience nous a permis de mettre au point une méthode de calibration de la profondeur du potentiel périodique se basant sur la mesure de la période de la micro-oscillation de la chaîne de condensats induite par le déplacement soudain du potentiel. Il existe ainsi une bijection entre profondeur et période de l'oscillation faisant de cette dernière une candidate idéale comme méthode de calibration. Cette oscillation présente également de l'effet tunnel entre puits du réseau. Nous avons pu mesurer le temps tunnel i.e. le retard entre un paquet d'atomes ayant traversé une barrière de potentiel par effet tunnel et un paquet d'atomes ayant continué son oscillation. La dernière partie de ce manuscrit présente une étude de la dynamique du condensat dans un réseau dont la phase ou l'amplitude sont modulées sinusoïdalement. Nous avons étudié trois régimes de fréquences de modulation présentant des comportements très différents. Les régimes de fréquences sont définies par rapport à la fréquence résonante entre la bande fondamentale du réseau et la première bande excitée. Pour la modulation à basse fréquence, le taux tunnel intersite est renormalisé et peut atteindre des valeurs effectives négatives. Ce phénomène engendre une instabilité dynamique qui est à l'origine d'une transition de phase quantique. Nous avons effectué une étude théorique, numérique et expérimentale qui nous a permis de déterminer le rôle des fluctuations quantiques et thermiques dans la cinétique de cette transition. Pour le régime de modulation haute fréquence, la profondeur du potentiel du réseau est renormalisée par une fonction de Bessel. Nous nous sommes servis de cet effet pour placer les atomes dans une situation très loin de l'équilibre avec un grand contrôle. Enfin, en nous plaçant dans le régime où la fréquence de modulation est de l'ordre de la fréquence résonante entre la bande fondamentale du réseau et la première bande excitée, nous induisons des transitions interbandes. Nos données révèlent les règles de sélection qui sont différentes pour la modulation de phase et d'amplitude, et le rôle des interactions dans les excitations résonantesThe subject of this thesis is the study of the dynamics of a Bose Einstein condensate in a phase and amplitude modulated optical lattice. First, I present the experimental setup allowing us to produce the BEC as well as the optical lattice. I describe the different means of control on the phase and on the amplitude of the lattice that we implemented. The first experiment we performed is based on the sudden shift of the phase of the lattice that induces a displacement of a few tenth of nm. This experiment allowed us to develop a new method to calibrate the depth of the lattice using the period of the micro-oscillation of the BEC chain triggered by the phase shift. There is a bijection between the depth of the lattice and the oscillation period giving the period the ideal profile to be a calibration method. The dynamic of the oscillation shows tunnel effect between adjacent wells of the lattice. We have been able to measure directly the tunneling time which is the delay between an atoms packet which passed through a potential barrier by tunnel effect and a packet of atoms which continued its oscillation. The last part of the manuscript presents a study of the dynamics of the BEC inside a lattice which phase or amplitude is modulated with a sine function. We study three ranges of modulation frequencies showing different behaviors. The frequency is compared with the resonant frequency between the fundamental band of the lattice band structure and the first excited band. When we modulate with low frequencies the phase of the lattice, the tunnel rate between adjacent wells is renormalized. This yields a dynamical instability which triggers a quantum phase transition. We performed a theoretical study, a numerical study and an experimental study that allowed us to define the role of quantum and thermal fluctuations in the system on the kinetics of this transition. For the high modulation frequency regime, the potential depth is renormalized with a Bessel function. We used this effect to put the atoms in a far-out of equilibrium position in a well- controlled manner. Lastly, by choosing the modulation frequency to be of the order of the resonant frequency between the fundamental band and the first excited band, we induce interband transitions. Our data reveal the selection rules which are different for phase and amplitude modulation, and the role of two-body interactions in the excitation process
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Klein, Alexander. "Special purpose quantum information processing with atoms in optical lattices." Thesis, University of Oxford, 2007. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:bc67ec3e-3cc7-4d13-ae11-b436b2ca897b.
Full textAbstract:
Atoms in optical lattices are promising candidates to implement quantum information processing. Their behaviour is well understood on a microscopic level, they exhibit excellent coherence properties, and they can be easily manipulated using external fields. In very deep optical lattices, each atom is restricted to a single lattice site and can be used as a qubit. If the lattice is shallow enough such that the atoms can move, their properties can be used to simulate certain condensed matter phenomena such as superconductivity. In this thesis, we show how technical problems of optical lattices such as restricted decoherence times, or fundamental shortcomings such as the lack of phonons or strong spin interactions, can be overcome by using current or near-future experimental techniques. We introduce a scheme that makes it possible to simulate model Hamiltonians known from high-temperature superconductivity. For this purpose, previous simulation schemes to realise the spin interaction terms are extended. We especially overcome the condition of a filling factor of exactly one, which otherwise would restrict the phase of the simulated system to a Mott-insulator. This scheme makes a large range of parameters accessible, which is difficult to cover with a condensed matter setup. We also investigate the properties of optical lattices submerged into a Bose-Einstein condensate (BEC). A weak-coupling expansion in the BEC-impurity interaction strength is used to derive a model that describes the lattice atoms in terms of polarons, i.e.~atoms dressed by Bogoliubov phonons. This is analogous to the description of electrons in solids, and we observe similar effects such as a crossover from coherent to incoherent transport for increasing temperatures. Moreover, the condensate mediates an attractive off-site interaction, which leads to macroscopic clusters at experimentally realistic parameters. Since the atoms in the lattice can also be used as a quantum register with the BEC mediating a two-qubit gate, we derive a quantum master equation to examine the coherence properties of the atomic qubits. We show that the system exhibits sub- and superdecoherence and that a fast implementation of the two-qubit gate competes with dephasing. Finally, we show how to realise the encoding of qubits in a decoherence-free subspace (DFS) using optical lattices. We develop methods for implementing robust gate operations on qubits encoded in a DFS exploiting collisional interactions between the atoms. We also give a detailed analysis of the performance and stability of the gate operations and show that a robust implementation of quantum repeaters can be achieved using our setup. We compare the robust repeater scheme to one that makes use of conventional qubits only, and show the conditions under which one outperforms the other.
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Magalhães, Kilvia Mayre Farias. "Obtenção da degenerescência quântica em sódio aprisionado." Universidade de São Paulo, 2004. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-24012008-083710/.
Full textAbstract:
Usando a técnica de resfriamento evaporativo para átomos comprimidos numa armadilha magnética tipo QUIC, implementamos experimentos para observar Condensação de Bose-Einstein de átomos de sódio. Nessa armadilha magnética temos átomos advindos de uma armadilha magneto-óptica, a qual é carregada por um feixe desacelerado como etapa de pré-resfriamento. Nossas medidas foram baseadas em imagens de absorção fora de ressonância de um feixe de prova pela amostra atômica. Essas imagens foram feitas in situ, ou seja, na presença do campo da armadilha magnética, pelo fato do número de átomos ser baixo e a técnica de tempo de vôo não ser adequada a essa situação. Baseado no perfil de densidade e na temperatura medidos, calculamos a densidade de pico no espaço de fase D, a qual é seguida nas várias etapas de evaporação. Nossos resultados mostram que para uma freqüência final de evaporação de 1,65 MHz nós superamos o valor esperado para D (2,612) alcançar o ponto crítico, no centro da amostra, para obter a condensação. Devido ao baixo número de átomos restantes no potencial, a interação não produz efeitos consideráveis e dessa forma um modelo de gás ideal permite justificar essa observação.Using a system composed of a QUIC trap loaded from a slowed atomic beam, we have performed experiments to observe the Bose-Einstein Condensation of Na atoms. In order to obtain the atomic distribution in the trap, we use an in situ out of resonance absorption image of a probe beam to determine the temperature and the density, which are use to calculate the phase space D. We have followed D as a function of the final evaporation frequency. The results show that at 1.65 MHz we crossed the critical value for D which corresponds to the point to start Bose-Condensation of the sample. Due to the low number of atoms remaining in the trap at the critical point, the interaction produce minor effects and therefore an ideal gas model explains well the observations.
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Saers, Robert. "Ultracold rubidium atoms in periodic potentials." Doctoral thesis, Umeå universitet, Fysik, 2008. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-1821.
Full textAbstract:
This thesis includes both experimental and theoretical investigations, presented in a series of eight papers. The experimental part ranges from the construction procedures of an apparatus for Bose-Einstein condensates, to full scale experiments using three different set-ups for ultracold atoms in optical lattices. As one of the main themes of the thesis, an experimental apparatus for production of Bose-Einstein Condensates is under construction. A magneto-optically trapped sample, hosting more than 200 million 87Rb atoms, have successfully been loaded into a magnetic trap with high transfer rate. The lifetime of the sample in the magnetic trap is in the range of 9 s, and the atoms have been shown to respond to evaporative cooling. The experiment is ready for optimization of the magnetic trap loading, and evaporative cooling parameters, which are the final steps for reaching Bose-Einstein condensation. The set-up is designed to host experiments including variable geometry optical lattices, and includes the possibility to align laser beams with high angular precision for this purpose. The breakdown of Bloch waves in a Bose-Einstein condensate is studied, attributed to the effect of energetic and dynamical instability. This experimental study is performed using a Bose-Einstein condensate in a moving one-dimensional optical lattice at LENS, Florence Italy. The optical lattice parameters, and the thermal distribution of the atomic sample required to trigger the instabilities, are detected, and compared with a theoretical model developed in parallel with the experiments. In close connection with these one-dimensional lattice studies, an experimental survey to characterize regimes of superradiant Rayleigh scattering and Bragg scattering is presented. Tunneling properties of repulsively bound atom pairs in double well potentials are characterized in an experiment at Johannes Gutenberg University, Mainz Germany. A three-dimensional optical lattice, producing an array of double wells with tunable properties is let to interact with a Bose-Einstein condensate. Pairs of ultracold atoms are produced on one side in the double wells, and their tunneling behavior, dependent on potential barrier and repulsion properties, is studied. A theoretical study of the crossover between one- and two-dimensional systems has been performed. The simulations were made for a two-dimensional array of atoms, where the behavior for different tunneling probabilities and atom-atom repulsion strengths was studied. Scaling relations for systems of variable sizes have been examined in detail, and numerical values for the involved variables have been found.
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Torralbo, Campo Lara. "A compact system for ultracold atoms." Thesis, University of St Andrews, 2012. http://hdl.handle.net/10023/3192.
Full textAbstract:
This thesis describes the design, construction and optimisation of two compact setups to produce ⁸⁷Rb Bose-Einstein condensates and dual ⁷Li-⁸⁷Rb Magneto- Optical Traps (MOTs). The motivation for compact systems is to have simplified systems to cool the atoms. The first experimental setup is based on a single pyrex glass cell without the need for atom chips. Fast evaporation will be achieved in a hybrid trap comprising of a magnetic quadrupole trap and an optical dipole trap created by a Nd:YVO4 laser and with future plans of using a Spatial Light Modulator (SLM). To enhance an efficient and rapid evaporation, we have investigated Light-Induced Atomic Desorption (LIAD) to modulate the Rb partial pressure during the cooling and trapping stage. With this technique, a ⁸⁷Rb MOT of 7 x 10⁷ atoms was loaded by shining violet light from a LED source into the glass cell, whose walls are coated with rubidium atoms. The atoms were then cooled by optical molasses and then loaded into a magnetic trap where lifetime measurements demonstrated that LIAD improves on magnetically-trapped atoms loaded from constant background pressure by a factor of six. This is quite encouraging and opens the possibility to do a rapid evaporation. In a second experiment, we have designed a compact system based on a stainless steel chamber to trap either ⁷Li or ⁶Li atoms in a MOT loaded from alkali-metal dispensers without the need of conventional oven-Zeeman slower. This setup can also load ⁸⁷Rb atoms, allowing future projects to simultaneously produce degenerate quantum gases of bosonic ⁸⁷Rb and fermionic ⁶Li atoms.
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Bosch, Aguilera Manel. "Coherence and relaxation of an optically-driven bosonic quantum gas : experiments with ultracold ytterbium atoms." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS174.
Full textAbstract:
Dans ce travail de thèse, je présente une série d'études expérimentales réalisées avec des gaz d'ytterbium ultrafroids excités sur différentes transitions optiques. L'ytterbium appartient à la famille des atomes dits alcalino-terreux. Ces atomes possèdent une structure électronique riche, avec une transition d’horloge exempte d’émission spontanée et une transition étroite d'intercombinaison. Avec des expériences de spectroscopie sur la transition d'horloge dans des réseaux optiques profonds, je montre notre capacité à exciter cette transition de manière cohérente pendant de longues périodes. Ce contrôle est ensuite utilisé dans un premier temps en tant qu'outil pour mesurer les longueurs de diffusion des états impliqués dans la transition d'horloge et ensuite, pour préparer un petit système quantique ouvert, où la dissipation prend la forme de pertes à deux corps. En branchant ce couplage adiabatiquement, on observe une forte suppression de ces pertes, ce qui est interprété comme une signature de l'effet Zénon quantique. J'utilise finalement ce transfert cohérent pour étudier la dynamique de relaxation d'un condensat de Bose-Einstein. Enfin, je développe une étude sur un système ouvert avec des interactions fortes. Ici, on induit artificiellement de la dissipation sous la forme d'émission spontanée en utilisant la transition d'intercombinaison, et j'étudie comment la cohérence spatiale d'un superfluide dans un réseau optique est détruite. Ces expériences révèlent que la présence d'interactions fortes protège partiellement une cohérence résiduelle et entraîne un développement non-triviale de la décohérence, révélant ainsi l'émergence d'un canal de relaxation subdiffusifIn this thesis I report on a series of experimental studies performed with ultracold ytterbium gases driven in different optical transitions. Ytterbium belongs to the family of the so-called alkaline-earth-like atoms, which feature a rich electronic structure, with an optical clock transition free of spontaneous emission, and a narrow intercombination transition, making them very appealing for metrological and quantum simulation proposals. By performing spectroscopy on the clock transition, I prove on a first set of experiments in deep optical lattices our ability to drive this transition coherently for long times. This coherent control is then used for different studies. First, as tool to measure the scattering lengths of the states involved in the clock transition. Then, to prepare a small open quantum system, where dissipation arises in the form of two-body losses. By enabling the coupling adiabatically, we observe a strong suppression of these losses, which is interpreted as a signature of the quantum Zeno effect. I ultimately use the coherent driving to study the relaxation dynamics of a dissipative bulk Bose-Einstein condensate. Finally, I elaborate an investigation on a strongly-interacting open system. Dissipation is artificially induced in the form of spontaneous emission using the intercombination transition. Here, I study in which manner spontaneous emission destroys the spatial coherence of a superfluid in an optical lattice. These experiments reveal that the presence of strong interactions partially protects a residual amount of coherence and makes decoherence develop in a non-trivial manner, unveiling the emergence of a subdiffusive relaxation channel
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Arnal, Maxime. "Gaz quantique dans un potentiel périodique dépendant du temps : de la modulation perturbative aux résonances de l'effet tunnel assisté par le chaos." Electronic Thesis or Diss., Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30078.
Full textAbstract:
Les gaz quantiques ont démontré leur capacité à imiter les propriétés d'autres systèmes et constituent, à ce titre, une plateforme privilégiée pour la simulation quantique. Ces gaz, caractérisés par un haut degré de contrôle grâce à la modulation temporelle de leurs paramètres, ont surtout été étudiés dans le régime perturbatif ou dans un régime purement chaotique. Cette thèse vise à accroître les possibilités offertes par ces dispositifs en tirant partie d'une dynamique mixte, que nous appliquons au cas du transport d'ondes de matière. Nous décrivons dans ce manuscrit plusieurs études expérimentales portant sur la dynamique d'un condensat de Bose-Einstein dans un réseau optique unidimensionnel modulé en phase et en amplitude. Les expériences présentées se classent en deux catégories : (i) le régime perturbatif, pour lequel les modulations appliquées induisent peu de chaos, et (ii) le régime mixte, où coexistent à la limite classique des trajectoires régulières et chaotiques. Dans le régime perturbatif, qui constitue le premier axe de cette thèse, nous distinguons deux domaines de modulation du réseau optique. Lorsque les fréquences de modulation sont résonantes avec la structure de bandes, nous provoquons des transitions interbandes soumises à des règles de sélection. Nous démontrons alors une nouvelle méthode de refroidissement, assimilable à une évaporation dans l'espace réciproque, utilisant ces règles de sélection. Pour une modulation de phase hors résonance, la dynamique du condensat peut être décrite par un Hamiltonien effectif. Nous étudions deux de ces Hamiltoniens, qui rendent compte pour l'un d'une transition de phase quantique et pour l'autre de la renormalisation de la profondeur du réseau. Dans chaque cas nous explorons les limites de ces modèles. Le régime mixte constitue le deuxième axe d'étude de cette thèse. L'analogue classique à notre système est le pendule modulé, bien connu pour présenter des trajectoires régulières et chaotiques. Ce comportement se manifeste au niveau quantique par la présence, en plus de la structure du réseau, d'une mer chaotique. Dans ce réseau optique habillé par le chaos, nous étudions un type de transport appelé effet tunnel assisté par le chaos, qui présente des résonances susceptibles d'amplifier ou d'inhiber l'effet tunnel entre deux positions stables au sein d'un puits du réseau. Comparé aux expériences antérieures sur ce sujet, nous nous plaçons dans une configuration différente dans laquelle nous parvenons à résoudre pour la première fois ces résonances. Pour les simulateurs quantiques, ce travail ouvre la voie à un nouveau type de contrôle, avec notamment du transport à longue portéeDegenerate quantum gases have demonstrated their ability to mimic the properties of other systems and are, as such, an ideal platform for quantum simulation. These gases, characterized by a high level of control thanks to the temporal driving of their parameters, have mainly been studied either in the perturbative regime or in a purely chaotic one. The aim of the present work is to further extend the possibilities offered by such systems by taking advantage of a mixed dynamics, which we apply to the case of matter-wave transport. In this thesis, we describe several experimental studies on the dynamics of a Bose-Einstein condensate in a one-dimensional time-dependent optical lattice. The experiments that are presented fall into two categories: (i) the perturbative regime, where the applied modulations induce little chaos, and (ii) the mixed regime, where regular and chaotic trajectories coexist at the classical limit. In the perturbative regime, which was first studied during this thesis, we distinguish two modulation domains of the optical lattice. When the modulation frequencies are resonant with the band structure, we induce interband transitions that are subject to selection rules. We then demonstrate a new cooling technique, similar to evaporation but in reciprocal space, taking advantage of these selection rules. For a phase modulation out of resonance, the dynamics of the condensate can be described by an effective Hamiltonian. We study two such Hamiltonians, one of which accounts for a quantum phase transition and the other for the renormalization of the lattice depth. In each case we explore the limits of these models. The mixed regime constitutes the second focus of this thesis. The classical analogue of our system is the modulated pendulum, well-known to present both regular and chaotic trajectories. This behavior is revealed at the quantum level by the presence, in addition to the lattice structure, of a chaotic sea. In this optical lattice dressed by chaos, we study a type of transport called chaos-assisted tunneling, which presents resonances that can amplify or inhibit tunneling between two stable positions within a lattice well. Compared to previous experiments on this subject, we use a different configuration in which we manage to resolve these resonances for the first time. For quantum simulators, this work paves the way to a new type of control, including long-range transport
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Orosz, Laurent. "Etude des microcavités planaires ZnO dans le régime de coupage fort." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2013. http://www.theses.fr/2013CLF22412/document.
Full textAbstract:
Ce manuscrit présente une étude expérimentale par spectroscopie optique de l'interaction lumière-matière dans des microcavités à base d'oxyde de zinc. Nous avons étudié plusieurs types de cavités planaires qui se démarquent des structures déjà existantes autant par leurs structures que par leurs procédés d'épitaxie. Les avantages théoriques qui ont motivé la réalisation, sont discutés puis vériés par des mesures expérimentales de réectivité et de photoluminescence en fonction de la température et de l'intensité d'excitation. Grâce aux caractéristiques optiques de ces nouvelles microcavités nous avons pu étudier l'émission cohérente de lumière basée sur la condensation des polaritons à haute température jusqu'à 300K.Des facteurs de qualité importants ainsi que des énergies de Rabi élevées permettent de mener une étude approfondie sur le lien qui existe entre la fraction photonique des polaritons et la valeur du seuil d'injection optique correspondant à l'eet laser à polaritons. Ce travailde recherche met en exergue les deux processus physiques identiés conduisant à l'eet laser à polaritons : le régime thermodynamique et le régime cinétique. De plus, l'inuence des interactions exciton-phonon est particulièrement soulignée comme un processus permettant de diminuer le seuil de condensationThis thesis reports a spectroscopic study of the light-matter interaction in ZnO based microcavities.We have examined several planar microcavities which dier from the previous ones through their structures and their epitaxial processes. The theoretical advantages that have driven these realizations are discussed and veried through experimental measurements of reectivity and photoluminescence as a function of temperature and excitation intensity. Thanks to the optical characterics of these new cavities, we have studied the coherent light emission based on the condensation of polaritons at high temperature, up to 300K. High optical quality factor and high Rabi splitting allow to deeply analyze the relationship which exists between the photonic fraction of polaritons and the threshold excitation value corresponding to the occurrence of the polariton laser eect. This work highlights two identied physical processes which contribute to the laser eect : the thermodynamic and kinetic regimes. Moreover, it appears that the exciton-phonon interaction constitutes a specic phenomenon which allows to reduce the polariton laser threshold
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Médard, François-Régis. "Conception et spectroscopie de microcavités à base de ZnO en régime de couplage fort pour l'obtention d'un laser à polaritons." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00557136.
Full textAbstract:
Ce manuscrit de thèse est une contribution à l'étude du couplage fort lumière-matière dans les microcavités planaires à base d'oxyde de zinc. Nous avons déterminé les propriétés de l'interaction entre excitons et photons au travers de mesures résolues en angle pour des hétéro-structures réalisées par épitaxie par jets moléculaires (EJM) sur silicium. Il a ainsi été possible de démontrer le régime de couplage fort aussi bien aux températures de l'hélium liquide qu'à température ambiante. Un important travail de conception des cavités et de modélisation de leur réponse optique a été effectué dans le but d'obtenir une émission cohérente de lumière basée sur la condensation des polaritons tel que prédit par les travaux théoriques. Les récentes mesures pour une cavité optimisée conduisent à un facteur de qualité voisin de 500 et à une énergie de Rabi très élevée (120 meV).
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Flottat, Thibaut. "Bosons couplés à des spins 1/2 sur réseau." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016AZUR4080/document.
Full textAbstract:
Les systèmes fortement corrélés, pouvant adopter des phases surprenantes de la matière, émergent dans le domaine des atomes ultra-froids ou dans celui de l’électrodynamique quantique en cavité (CQED). Ceux-ci sont au centre d’intenses travaux expérimentaux et théoriques. Dans cette thèse, nous présentons une étude de deux modèles de bosons avec deux ou zéro états internes. Ceux-ci peuvent se déplacer sur un réseau, et sont localement couplés avec des spins 1/2. Notre intérêt réside dans la détermination du diagramme de phase de l’état fondamental de ces systèmes ainsi que de l’étude des propriétés de phase et des transitions entre ces dernières. Nous avons utilisé deux outils : une approximation de champ moyen et des simulations de Monte-Carlo quantique, qui fournit des résultats numériquement exacts. Le premier modèle, appelé modèle de Kondo bosonique sur réseau, s’inscrit dans le contexte des atomes ultra-froids sur réseau. Nous trouvons que sa physique est proche de celle du modèle de Bose-Hubbard, présentant des phases de Mott et superfluide. Le couplage local renforce le caractère isolant et on observe l’émergence de phases magnétiques au travers de couplage direct ou indirect entre bosons et/ou spins. Les effets thermiques, inhérents à tout dispositif expériemental, sont aussi étudiés. Le second modèle s’inscrit dans le domaine de la CQED sur réseau, décrit un régime de couplage ultra-fort entre des photons et des atomes, et est appelé modèle de Rabi sur réseau. Le diagramme de phase présente juste deux phases : une phase cohérente dans laquelle les spins locaux s’ordonnent ferromagnétiquement ainsi qu’une phase incohérente compressible paramagnétiqueStrongly correlated systems, where new surprising phases of matter may appear both in the context of ultra-cold atoms and cavity quantum electrodynamics, are the focus of intense experimental and theoritical activity. In this thesis we present a study of two models of bosons with two or zero internal states, that is to say spin-1/2 or spin-0 bosons. These particles can move around a lattice, and they are locally coupled to immobile spins 1/2. Our interest was to determine the ground state phase diagram, study phase properties and quantum phase transitions. We used two methods: an approximate one using a mean field approach and the other using quantum Monte-Carlo simulations, which provides numerically exact results. The first model, namely the bosonic Kondo lattice model, is in the context of ultra-cold atoms in optical lattices. We found that its physics is close to that of the Bose-Hubbard model, exhibiting Mott and superfluid phases. The local coupling strengthens the insulating behaviour of the system and magnetism emerges through indirect or direct coupling between bosons. Thermal effects, inherent in experiments, are also studied. The second model, which is in the context of light-matter interaction, describes a situation of an ultra-strong coupling between spin-0 bosons (photons) and local spins 1/2 (two levels atoms) and is known as the Rabi lattice model. The phase diagram generally consists of only two phases: a coherent phase and a compressible incoherent one. The locals
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Lopes, Raphael. "An atomic Hong-Ou-Mandel experiment." Thesis, Palaiseau, Institut d'optique théorique et appliquée, 2015. http://www.theses.fr/2015IOTA0001/document.
Full textAbstract:
Cette thèse décrit l'observation expérimentale de l'effet Hong-Ou-Mandel avec une sourceatomique ultra-froide. L’expérience originale réalisée en 1987 par C. K. Hong, Z. Y. Ou et L. Mandel illustre de façon simple une interférence à deux particules explicable uniquement par la mécanique quantique : deux particules bosoniques et indiscernables, arrivant chacune sur une face d'entrée différente d'une lame semi-réfléchissante ressortent ensemble. Cet effet se traduit par une réduction du taux de détection en coïncidence entre les deux voies de sortie quand les particules arrivent simultanément sur la lame. Cette expérience fut originalement réalisée avec des photons et nous rapportons ici la première mise en oeuvre expérimentale avec des particules massives se propageant dans l’espace libre.Après présentation des différentes techniques nécessaires à sa réalisation, nous décrivons cette expérience et analysons les résultats obtenus. En particulier, la réduction du taux de coïncidence est suffisamment forte pour exclure toute interprétation classique ; l'observation de cet effet constitue une brique fondamentale dans le domaine de l’information quantique atomiqueIn this thesis, we report the first realisation of the Hong–Ou–Mandel experiment with massive particles in momentum space. This milestone experiment was originally performed in quantum optics: two photons arriving simultaneously at the input ports of a 50:50 beam-splitter always emerge together in one of the output ports. The effect leads to a reduction of coincidence counts which translates into a dip when particles are indistinguishable. We performed the experiment with metastable helium atoms where the specificities of the Micro-Channel-Plate detector allows one to recover the momentum vector of each individual atom.After listing the necessary tools to perform this experiment with atoms, the experimental sequence is discussed and the results are presented. In particular we measured a coincidence count reduction that cannot be explained through any simple classical model. This corresponds to the signature of a two-particle interference, and confirms that our atomic pair source produces beams which have highly correlated populations and are well mode matched. This opens the prospect of testing Bell’s inequalities involving mechanical observables of massive particles, such as momentum, using methods inspired by quantum optics. It also demonstrates a new way to produce and benchmark twin-atom pairs that may be of interest for quantum information processing
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Nalitov, Anton. "Spin dynamics ande topological effects in physics of indirect excitons and microcavity polaritons." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2015. http://www.theses.fr/2015CLF22569/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à de nouveaux phénomènes en physique liées au spin et à la topologie des quasi-particules lumière-matière dans des hétérostructures. Elle est divisée en quatre parties. Chapitre 1 donne un fond nécessaire et introduit les propriétés fondamentales des polaritons et des excitons indirects dans des puits quantiques couplés. Chapitre 2 est concentré sur la dynamique de spin et sur formation de défauts topologiques dans des systèmes aux excitons indirects. Les 2 derniers chapitres considèrent les structures basées sur les microcavités. Chapitre 3 est consacré à la dynamique de spin des polaritons dans des oscillateurs paramétriques optiques. Finalement, chapitre 4 étudie les réseaux des microcavités en forme des piliers et introduit l’isolant topologique polaritoniqueThe present thesis manuscript is devoted to new phenomena in physics of light-matter quasiparticles in heterostructures, related to spin and topology. It is divided into four parts. Chapter 1 gives a necessary background, introducing basic properties of microcavity polaritons and indirect excitons in coupled quantum wells. Chapter 2 is focused on spin dynamics and topological defects formation in indirect exciton many-body systems. The last 2 chapters are related to microcavity-based structures. Chapter 3 is devoted to polariton spin dynamics in optical parametric oscillators. Finally, Chapter 4 studies pillar microcavity lattices and introduces the polariton topological insulator
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Sturm, Chris. "Exciton-Polaritons in ZnO-based Microresonators: Dispersion and Occupation." Doctoral thesis, Universitätsbibliothek Leipzig, 2011. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-77759.
Full textAbstract:
Die vorliegende Arbeit behandelt die Dispersion von Exziton-Polaritonen in ZnO-basierten Mikroresonatoren, welche zum einen theoretisch bezüglich der Eigenschaften der reinen Kavitätsmoden und zum anderen experimentell mittels Photolumineszenz-Spektroskopie und Reflektionsmessungen untersucht wurden. Dabei wird besonders auf die Rolle der linearen Polarisation sowie auf die Besetzung der Exziton-Polaritonen-Zustände eingegangen. Dies ist von Interesse, da diese Mikroresonatoren vielversprechende Kandidaten für die Realisierung eines Exziton-Polariton Kondensates sind, welches ähnliche Eigenschaften wie das klassische Bose-Einstein Kondensat besitzt.
Die Eigenschaften der Exzitonen-Polaritonen werden durch die der beteiligten ungekoppelten Exzitonen und Photonen bestimmt. Im Falle der Photonen hängen diese stark von der linearen Polarisation ab, da es sich bei der ZnO-Kavität um ein optisch anisotropes Material handelt. Mittels einer entwickelten Näherung für die Berechnung der Kavitätsmoden, welche die optische Anisotropie der Kavität sowie die endliche Ausdehnung der Spiegel berücksichtigt, konnte gezeigt werden, dass im Falle der hier verwendeten ZnO-Kavität die optische Anisotropie zu einer Reduktion der Energieaufspaltung zw. der s- und p-polarisierten Mode im sichtbaren Spektralbereich führt. Der allgemeine Fall einer optisch anisotropen Kavität wird ebenfalls diskutiert.
In den untersuchten ZnO-basierten Mikroresonatoren konnte eine starke Wechselwirkung zwischen Exzitonen und Photonen bis zu einer Temperatur von T = 410 K beobachten werden. Dabei wurde eine maximale Kopplungsstärke von 55 meV bei T = 10 K ermittelt. Anhand des beobachteten Verlaufs der Dispersion der Exziton-Polaritonen konnten in einem Mikroresonator Hinweise für eine zusätzliche Kopplung zwischen gebundenen Exzitonen und Photonen gefunden werden. Des Weiteren zeigte die Dispersion der Exziton-Polaritonen eine starke Polarisationsabhängigkeit. Eine maximale Energieaufspaltung des unteren Zweiges für die beiden linearen Polarisationen von 6 meV bei einem starken negativen Detuning von -70 meV wurde beobachtet. Es wird gezeigt, dass diese hohe Energieaufspaltung einen großen Einfluss auf die Besetzung der Zustände der Exziton-Polaritonzweige hat. Unter Verwendung verschiedener Anregungsleistungen und einer keilartigen Kavität wurde der Einfluss des Detunings systematisch auf die Besetzung der Exziton-Polaritonzustände untersucht und diskutiert. Es konnte eine Voraussage für den optimalen Detuning – Temperaturbereich für eine mögliche Kondensation getroffen werden. Erste Beobachtungen eines Kondensates in einem der Resonatoren bestätigen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit.
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Boughdad, Omar. "Fluides de lumière dans un milieu non-linéaire photoréfractif." Thesis, Université Côte d'Azur, 2020. http://www.theses.fr/2020COAZ4014.
Full textAbstract:
L’objet de cette thèse est l’étude expérimentale des comportements hydrodynamiques d’un faisceau laser se propageant dans un milieu à réponse non-linéaire. Pour un milieu presentant un indice de réfraction qui depend de l’intensité du laser, ainsi que dans le cadre de l’approximation paraxiale, l’intensité du faisceau est assimilée à une densité de fluide. L’axe de propagation représente le temps d’évolution du fluide, le gradient de phase du faisceau définit sa vitesse d’écoulement et la variation de l’indice de réfraction permet de définir une vitesse du son dans le fluide. Dans le cadre de cette analogie, nous appelons le faisceau qui se propage, fluide de lumière. Dans cette thèse, nous étudions la notion de superfluidité de la lumière dans un régime non linéaire auto-défocalisant (self-defocusing). Cette notion est définie par l’absence de diffraction lorsque le fluide de lumière se propage en présence d’un obstacle. Les paramètres permettant de contrôler la transition superfluide sont : la vitesse du fluide de lumière ainsi que la vitesse du son. La première est pilotée par la direction du vecteur d’onde, ainsi que la deuxième est contrôlée par l’intensité du laser. Nous étudions aussi dans le cadre de cette analogie, le régime d’émission de vortex quantifiés suite à l’interaction entre le fluide de lumière et l’obstacle, considéré dans ce cas comme étant fort. Quand deux fois la vitesse d’écoulement aux pôles de l’obstacle dépasse la vitesse du son, des paires de vortex/anti-vortex sont émises, démontrant ainsi un comportement hydrodynamique de la lumière. Dans le but de comprendre l’effet non linéaire mis en jeu, nous présentons également dans cette thèse, une étude de l’effet photoréfractif non-linéaire en exploitant l’effet de l’automodulation de phase (self-phase modulation)This thesis presents an experimental study of hydrodynamical phenomena of a laser propagating nonlinearly. For a medium presenting an intensity-dependent refractive index, and in the frame of the paraxial approximation, The intensity of the laser beam is equivalent to a density of a fluid, the propagation direction is seen as a time evolution of the fluid as well as the phase gradient of the laser beam defines a flow velocity and the nonlinear refractive index change allows defining a sound velocity of the fluid. Under this analogy, we call the propagating laser beam a fluid of light. In this thesis, we provide a study of the superfluidity concept of a fluid of light in a selfdefocusing regime of the nonlinearity. It is defined as the absence of diffraction when the fluid of light encounters an obstacle. The parameters which control the superfluid transition are: the flow velocity as well as the sound velocity. They are controlled respectively through the wave vector and the intensity of the laser beam. In the frame of this analogy, we also present in this thesis a study of vortex shedding regime as a result of the interaction between the fluid of light and the obstacle. Here, the obstacle is considered to be strong. When twice the flow velocity at the poles of the obstacle is larger than the sound velocity, pairs of vortex/anti-vortex are emitted demonstrating a hydrodynamical behaviour of the fluid of light. In order to underline the nonlinear refractive index change, we also report in this thesis a study of the photorefractive effect using the self-phase modulation effect
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Cantin, Etienne. "Cavité à haute finesse pour la production et la détection de sources atomiques cohérentes." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0259/document.
Full textAbstract:
Cette thèse décrit le développement de deux outils originaux pour l’interférométrie atomique. Le premier est une cavité optique à haute finesse pour la manipulation d’atomes ultra-froids de 87Rb. Cette cavité est d’abord utilisée pour augmenter l’intensité d’un piège dipolaire optique qui permet de piéger et refroidir les atomes. Ainsi, en procédant à un refroidissement par évaporation de l’échantillon atomique, nous avons atteint le régime de condensation de Bose-Einstein. La cavité étant non dégénérée, elle permet également l’injection de différents modes transverses électromagnétiques. Nous avons alors démontré la création et la manipulation de réseau d’ensembles atomiques en utilisant ces modes. La mesure successive de ces ensembles atomiques au cours d’une séquence d’interférométrie atomique permettrait d’augmenter le temps de mesure et ainsi d‘améliorer la sensibilité de l’instrument. Deuxièmement, l’utilisation d’une mesure faible non destructive sur les atomes permet de soutirer de l’information du système sans le perturber. En appliquant une rétroaction après ces mesures, l’état quantique peut être contrôlé. Par l’utilisation d’une séquence de Ramsey adaptée avec des mesures faibles et des corrections de phase, nous avons ainsi démontré la réalisation d’une boucle à verrouillage de phase entre un oscillateur local et l’état atomique. Nous avons ensuite démontré que ce protocole améliore la stabilité d’une horloge atomique en surpassant la limite de stabilité de l’oscillateur local. Nous avons également validé l’utilisation de la plate-forme laser commercial EYLSA de Quantel sur deux expériences de refroidissement d’atomes par laserThis thesis reports the development of two original tools for atom interferometry.The first is a high finesse optical cavity for the manipulation of 87Rb cold atoms. This cavity isfirstly used to enhance the intensity of an optical dipole trap. Thus, by realizing an evaporativecooling on the atomic sample, we reached Bose-Einstein condensation. Furthermore, the nondegeneratecavity allows the injection of different transverse electromagnetic modes. In thisway, we have demonstrated the generation and the manipulation of arrays of atomic ensemblesusing these modes. Successive measurements of these atomic ensembles in an atominterferometric sequence would increase the interrogation time and thus the sensitivity of thesensor.Secondly, the use of weak nondestructive measurements on the atoms allows to extractinformation from the system with negligible perturbation of the ensemble. Applying feedbackafter the measurement, we were able to control the quantum state of the system. Using amodified Ramsey sequence with weak nondestructive measurements and phase corrections, werealized a phase lock loop between a local oscillator and the atomic state. We have thendemonstrated that this protocol leads to a stability enhancement of an atomic clock byovercoming the limit set by the local oscillator.We also contributed to the development of the commercial laser platform EYLSA fromQuantel, testing its performances on two laser cooling experiments
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Bonneau, Marie. "Mélange à quatre ondes atomique dans un réseau optique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00665955.
Full textAbstract:
Ce mémoire de thèse décrit une expérience de création de paires d'atomes jumeaux par mélange à quatre ondes en présence d'un réseau optique. Ces atomes jumeaux sont analogues aux photons jumeaux obtenus par conversion paramétrique, lesquels ont été employés dans plusieurs expériences fondamentales d'optique quantique, ainsi que pour des applications en interférométrie et en information quantique. En raison de la relation de dispersion, l'accord de phase peut être obtenu quand les atomes se déplacent dans le réseau optique. Le mélange à quatre ondes qui se produit alors spontanément constitue un cas particulier d'instabilité dynamique. Nous avons réalisé cette expérience à partir d'un gaz dégénéré d'hélium métastable, obtenu dans un piège optique très allongé. On a superposé aux atomes un réseau optique en mouvement, qui est également décrit dans ce mémoire. Au moyen d'un détecteur d'atomes uniques résolu à trois dimensions, nous avons caractérisé le mélange à quatre ondes obtenu. Nous avons étudié les conditions d'accord de phase de ce processus, et les différents modes peuplés, montrant que la méthode que nous employons permet de diffuser préférentiellement les atomes dans deux fines classes de vitesse, que l'on peut ajuster et dont on contrôle les populations. Cette flexibilité facilitera l'utilisation des paires d'atomes pour des expériences futures. Au niveau de chacune de ces deux classes de vitesses, nous avons mesuré une corrélation de type Hanbury Brown et Twiss. Par ailleurs, nous avons démontré une réduction des fluctuations de la différence de population entre les deux classes sous le bruit de grenaille. La coexistence de ces deux effets témoigne du caractère non-classique des paires générées, qui pourront être exploitées pour des expériences d'optique atomique quantique, comme par exemple pour observer l'effet Hong-Ou-Mandel sur des atomes.
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Lundblad, Nathan Eric. "All-optical spinor Bose-Einstein condensation and the spinor dynamics-driven atom laser." Thesis, 2006. https://thesis.library.caltech.edu/2009/1/nl_thesis_ELECTR.pdf.
Full textAbstract:
Optical trapping as a viable means of exploring the physics of ultracold dilute atomic gases has revealed a new spectrum of physical phenomena. In particular, macroscopic and sudden occupation of the ground state below a critical temperature—-a phenomenon known as Bose-Einstein condensation—-has become an even richer system for the study of quantum mechanics, ultracold collisions, and many-body physics in general. Optical trapping liberates the spin degree of the BEC, making the order parameter vectorial (‘spinor BEC’), as opposed to the scalar order of traditional magnetically trapped condensates.
The work described within is divided into two main efforts. The first encompasses the all-optical creation of a Bose-Einstein condensate in rubidium vapor. An all-optical path to spinor BEC (as opposed to transfer to an optical trap from a magnetic-trap condensate) was desired both for the simplicity of the experimental setup and also for the potential gains in speed of creation; evaporative cooling, the only known path to dilute-gas condensation, works only as efficiently as the rate of elastic collisions in the gas, a rate that starts out much higher in optical traps. The first all-optical BEC was formed elsewhere in 2001; the years following saw many groups worldwide seeking to create their own version. Our own all-optical spinor BEC, made with a single-beam dipole trap formed by a focused CO2 laser, is described here, with particular attention paid to trap loading, measurement of trap parameters, and the use of a novel 780 nm high-power laser system.
The second part describes initial experiments performed with the nascent condensate. The spinor properties of the condensate are documented, and a measurement is made of the density-dependent rate of spin mixing in the condensate. In addition, we demonstrate a novel dual-beam atom laser formed by outcoupling oppositely polarized components of the condensate, whose populations have been coherently evolved through spin dynamics. We drive coherent spin-mixing evolution through adiabatic compression of the initially weak trap. Such dual beams, nominally number-correlated through the angular momentum-conserving collision m=0 + m=0 <-> m=+1 + m=-1 have been proposed as tools to explore entanglement and squeezing in Bose-Einstein condensates.
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Chen, Chun-Chia, and 陳俊嘉. "Toward All-optical Bose Einstein condensate." Thesis, 2012. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/00008431174984262304.
Full textAbstract:
碩士國立臺灣大學
物理研究所
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The goal of this experiment is to realize the rapid formation of Rubidium Bose-Einstein Condensates (BEC) in a dipole trap. We completed the experi- ment setup, including a vapor load magneto-optical trap (MOT) and a crossed dipole trap. We first analyzed and optimized the MOT parameters. We then loaded cold atoms into the crossed dipole trap. With 3×107 atoms cooled to 40 μK in the MOT, we transferred 106 atoms into the crossed dipole trap. We the proceeded with forced evaporative cooling. We optimized the evaporation trajectory, and we achieved a final phase space density of 0.1, with 2 × 104 atoms remained in the trap.
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Meyrath, Todd Philip Raizen Mark George. "Experiments with Bose-Einstein condensation in an optical box." 2005. http://repositories.lib.utexas.edu/bitstream/handle/2152/1793/meyratht04334.pdf.
Full text
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Meyrath, Todd. "Experiments with Bose-Einstein condensation in an optical box." Thesis, 2005. http://hdl.handle.net/2152/1793.
Full text
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"Squeezing, entanglement and excitation spectra of BECs in optical lattices." 2007. http://library.cuhk.edu.hk/record=b5893208.
Full textAbstract:
Liu, Xiaopi = 光格子势中玻色爱因斯坦凝聚体的压缩,纠缠与激发谱 / 刘小披.Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2007.
Includes bibliographical references (leaves 97-100).
Abstracts in English and Chinese.
Liu, Xiaopi = Guang ge zi shi zhong bo se ai yin si tan ning ju ti de ya suo, jiu chan yu ji fa pu / Liu Xiaopi.
Chapter 1 --- Introduction --- p.1
Chapter 1.1 --- Review of Superfluidity and B.E. Condensation --- p.1
Chapter 1.2 --- Our Understanding of superfluidity --- p.4
Chapter 1.3 --- Non-classicality in Quantum Mechanics --- p.8
Chapter 2 --- One-Component BECs in optical lattices --- p.16
Chapter 2.1 --- Introduction: The Hamiltonian --- p.16
Chapter 2.2 --- The Hamiltonian in Quasi-momentum space --- p.19
Chapter 2.3 --- Bogoliubov Method and Equation of Motion --- p.21
Chapter 2.3.1 --- Squeezing and Condensation --- p.27
Chapter 2.3.2 --- Two-mode Entanglement and Squeezing --- p.31
Chapter 3 --- Matrix method approach to ground state BECs --- p.39
Chapter 3.1 --- Matrix method --- p.39
Chapter 3.2 --- Ground state and Particle Distribution --- p.42
Chapter 3.3 --- Correlation in Pair Ground State --- p.46
Chapter 4 --- Attractive BECs in optical lattices --- p.50
Chapter 5 --- 2-component BECs in optical lattice --- p.56
Chapter 5.1 --- Model Hamiltonian --- p.56
Chapter 5.2 --- Excitation Spectrum and Critical super-fluid velocity --- p.59
Chapter 5.3 --- Excitation spectrum and Phase Separation Dynamics --- p.63
Chapter 5.4 --- Excitation Spectrum for Asymmetric 2-component BECs --- p.67
Chapter 6 --- Multi-Mode Squeezing of 2-component BECs in optical lattices --- p.69
Chapter 6.1 --- Simultaneous Diagonalization --- p.69
Chapter 6.2 --- Equation of Motion and Variance Matrix --- p.70
Chapter 6.3 --- U(n) Squeezing of Variance Matrix --- p.75
Chapter 6.4 --- Squeezing in the case qA≠ qB and nA≠ nB --- p.82
Chapter 7 --- Entanglement between 2-component BECs in optical lattices --- p.83
Chapter 7.1 --- Variance matrix in block diagonal --- p.83
Chapter 7.2 --- 2-component entangled variance matrix --- p.86
Chapter 7.3 --- Logarithmic negativity --- p.89
Chapter 7.4 --- Beat oscillation mode of logarithmic negativity --- p.91
Chapter 8 --- Conclusion and Outlook --- p.95
Bibliography --- p.97