Résumé :

Cette thèse présente la réalisation d’un dispositif expérimental pour la détection d’atomes sur une puce opto-atomique et l’étude théorique d’une microcavité couplée.

Lors de cette thèse, nous avons monté un dispositif expérimental qui permet de refroidir des atomes. Parallèlement à ce travail, nous avons développé une puce atomique et une microcavité optique. La puce atomique permet de piéger et de manipuler, à l’aide de potentiels magnétiques microscopiques, des atomes au voisinage de la surface de la puce. La microcavité est un guide optique sur lequel des miroirs ont été déposés aux extrémités. Nous avons mesuré les pertes optiques intrinsèques de ces guides. Par la suite, une tranchée de l’ordre de 2 µm de large est creusée dans le guide pour que les atomes puissent interagir avec le champ lumineux. La tranchée est particulièrement est difficile à fabriquer et reste à ce jour encore à optimiser.

Nous avons réalisé une étude théorique pour estimer le rapport signal à bruit de détection d’un atome avec la microcavité. On montre que le rapport signal à bruit est proportionnel à la coopérativité, qui est en quelque sorte la figure de mérite du système atome-cavité. La coopérativité peut s’écrire en fonction de la finesse du résonateur et du couplage atome-champ.

Nous avons développé un modèle semi-analytique qui estime les pertes optiques engendrées par la tranchée dans un guide sans pertes. Enfin, nous avons pu déterminer la finesse de la cavité et la coopérativité. En ajoutant les pertes intrinsèques obtenues de la caractérisation des guides, nous avons estimé la figure de mérite du résonateur. Les résultats montrent que la détection d’atomes uniques peut être possible avec la microcavité.