Résumé de la thèse
La compréhension et les multiples démonstrations expérimentales de l’interférométrie à atomes ont permis la conception et réalisation de capteurs inertiels à atomes froids. Ces dispositifs, destinés initialement à la métrologie et les mesures de haute précision, sont aujourd’hui en phase d’industrialisation et constituent un des piliers de la deuxième révolution quantique. Les premiers capteurs ont été conçus pour fonctionner dans les laboratoires, et de ce fait ils sont difficilement adaptés pour des applications de terrain comme la navigation inertielle. L’objectif central de cette thèse est donc l’étude de technologies habilitantes pour la réalisation de capteurs inertiels compacts. Une puce à atomes a été choisie comme élément clé du paquet physique. Elle permet de réduire la taille de capteurs tout en donnant la possibilité d’avoir une source cohérente froide ou ultra-froide d’atomes et la réalisation de différentes fonctions nécessaires à l’interférométrie atomique. En premier lieu, ce manuscrit aborde le refroidissement des atomes ainsi que la préparation des atomes dans un piège magnétique, puis il présente la mise en place de différents éléments d’optique atomique à base de faisceaux laser, ainsi que le développement d’un protocole donné pour une mesure inertielle de rotation avec un guide magnétique linéaire. En particulier, l'étude expérimentale de la propagation cohérente des atomes dans ce guide est relatée.
Un facteur essentiel dans les applications de navigation inertielle est la stabilité de centrales de mesure inertielle. Ce paramètre est affecté sérieusement par les temps morts entre les mesures. Comme les capteurs à atomes froids présentent un temps mort important, dû au processus de refroidissement, la recherche d'une possible solution à ce problème a fait l'objet de cette thèse. Plus précisément, une nouvelle technique a été mise en œuvre pour la mesure hyperfréquence et non-destructive de la population de niveaux atomiques utilisés dans un interféromètre. Cette méthode de détection conduit à une réduction conséquente du temps mort sur plusieurs cycles de mesure interférométriques, avec un fort potentiel d’intégration sur les puces à atomes.
Mots clés
atomes froids, interférométrie atomique, détection non-destructive, capteur inertiel, gyroscope optique