Experiments with Ultracold Fermi Gases: quantum Degeneracy of Potassium-40 and All-solid-state Laser Sources for Lithium
Description
This thesis presents novel techniques for the experimental study of ultracold quantum gases of fermionic lithium and potassium atoms. In the first part of this thesis, we describe the design and characterization of the new components of our experimental apparatus capable of trapping and cooling simultaneously 6Li and 40K atoms to ultracold temperatures. We report on a novel sub-Doppler cooling mechanism, operating on the D1 line transition of alkali atoms, for laser cooling of lithium and potassium. The measured phase space densities after this molasses phase are on the order of 10-4 for both 6Li and 40K. We present the forced evaporative cooling of 40K atoms, starting in an optically plugged magnetic quadrupole trap and continuing in an optical dipole trap. In this context, we report on the production of a quantum degenerate Fermi gas of 1.5 x 105 atoms 40K in a crossed dipole trap with T/TF = 0.17, paving the way for the study of strongly interacting superfluids of 40K. In the second part of this thesis, we present a narrow-linewidth, all-solid-state laser source, emitting 5.2 W in the vicinity of the lithium D-line transitions at 671 nm. The source is based on a diode-end-pumped unidirectional ring laser operating on the 1342 nm transition of Nd:YVO4, capable of producing 6.5 W of single-mode light delivered in a diffraction-limited beam. We report on three different approaches for second-harmonic generation of its output beam, namely by employing an enhancement cavity containing a ppKTP crystal, intracavity frequency doubling and a ppZnO:LN waveguide structure. (author)
Abstract (French)
Cette these presente de nouvelles techniques pour l'etude experimentale des gaz quantique ultrafroids d'atomes fermioniques de lithium et de potassium. Dans la premiere partie de cette these, nous decrivons la conception et la caracterisation des nouveaux composants de notre dispositif experimental capable de pieger et refroidir simultanement des atomes de 6Li et de 40K a des temperatures ultrabasses. Nous rendons compte d'une nouvelle technique de refroidissement sub-Doppler, reposant sur la transition de la raie D1 des atomes alcalins, pour refroidir des atomes de lithium et de potassium par laser. Apres cette etape de melasse, nous avons mesure une densite dans l'espace des phases de l'ordre de 10-4 a la fois pour le 6Li et le 40K. Nous presentons le refroidissement par evaporation forcee d'atomes de 40K qui commence dans un piege magnetique quadripolaire plugge et continue dans un piege optique dipolaire. Dans ce contexte, nous rendons compte de la production d'un gaz quantique de Fermi degenere de 1.5 x 105 atomes de 40K dans un piege dipolaire croise avec T/TF = 0.17, ce qui ouvre la voie a l'etude des superfluides de 40K en interaction forte. Dans la deuxieme partie de cette these, nous presentons une source laser a etat solide, de faible largeur spectrale et capable d'emettre 5.2 W de puissance autour de 671 nm, dans la gamme des longueurs d'onde des transitions de la raie D du lithium. La source repose sur un laser en anneau pompe par diode, emettant sur la transition a 1342 nm de Nd:YVO4, capable de produire 6.5 W de lumiere dans un faisceau monomode limite par la diffraction. Nous rendons compte de trois differentes approches pour la generation de seconde harmonique du faisceau de sortie, a savoir en utilisant une cavite amplificatrice comprenant un cristal ppKTP, par doublage de frequence intracavite et par un structure de guide d'onde de ppZnO:LN. (auteur)
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Additional titles
- Original title (English)
- Experiences avec des Gaz de Fermi Ultrafroids: degenerescence quantique de potassium-40 et sources lasers a l'etat solide pour lithium
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 202 p.
- Report number
- FRNC-TH--10747
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 51025500
- Subject category
- S71: CLASSICAL AND QUANTUM MECHANICS, GENERAL PHYSICS; S75: CONDENSED MATTER PHYSICS, SUPERCONDUCTIVITY AND SUPERFLUIDITY; S46: INSTRUMENTATION RELATED TO NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ATOM TRANSPORT; DOPPLER EFFECT; EVAPORATIVE COOLING; FERMI GAS; FERMIONS; LASER CAVITIES; LITHIUM 6; NEODYMIUM LASERS; OPTICAL PUMPING; POTASSIUM 40; QUADRUPOLAR CONFIGURATIONS; SUPERFLUIDITY; TRAPS; WAVEGUIDES
- Descriptors DEC
- BETA DECAY RADIOISOTOPES; BETA-MINUS DECAY RADIOISOTOPES; BETA-PLUS DECAY RADIOISOTOPES; CLOSED CONFIGURATIONS; COOLING; ELECTRON CAPTURE RADIOISOTOPES; ISOMERIC TRANSITION ISOTOPES; ISOTOPES; LASERS; LIGHT NUCLEI; LITHIUM ISOTOPES; MAGNETIC FIELD CONFIGURATIONS; MULTIPOLAR CONFIGURATIONS; NANOSECONDS LIVING RADIOISOTOPES; NEUTRAL-PARTICLE TRANSPORT; NUCLEI; ODD-ODD NUCLEI; POTASSIUM ISOTOPES; PUMPING; RADIATION TRANSPORT; RADIOISOTOPES; SOLID STATE LASERS; STABLE ISOTOPES; YEARS LIVING RADIOISOTOPES
Optional Information
- Notes
- 277 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses