[tel-01078043] A New Metastable Helium Machine An Investigation into the Attributes of Trapping Cooling and Detecting Metastable Helium

This thesis describes the work done over the past three and a half years on the new metastable helium experiment at the Institut d'Optique in Palaiseau In the first chapter it describes a study to improve both the efficiency and the accuracy of the Microchannel Plate MCP detection system We have experimented with adding a gold layer on the top of the input plate something that we have found increases the efficiency but also decreases the accuracy The addition of a voltage between the two stacked plates has been shown to both raise the efficiency and improve the accuracy in non-coated MCPsThe second chapter is devoted to the construction of the experimental apparatus Here the excitation of ground state helium to its metastable state is described as well as the subsequent collimation and cooling by Zeeman slower of the resulting hot atomic beam The slowed beam is then captured in a Magneto-Optical Trap in which we have captured 8x108 atomsIn the third chapter an original study on three-dimensional Doppler cooling in a red-detuned molasses and in the Magneto-Optical trap is presented The metastable helium system is unique as there is no multiple scattering of photons and there are no sub-Doppler effects This allows for a never before seen experimental realisation of pure Doppler cooling theory The fourth chapter describes a study on collisions in a magneto-optical trap of metastable helium Light-induced Penning collisions are responsible for high trap losses at high intensities and at frequencies close to the transition frequency We measure the constant rate coefficient to Ksp = 28 ± 04 x 10-7cm3/sCette thèse décrit le travail accompli au cours des trois dernières années sur la nouvelle expérience d’Hélium métastable de l'Institut d'Optique à PalaiseauLe premier chapitre décrit une étude visant à améliorer à la fois l'efficacité et la précision du système de détection par galettes à micro-canaux MCP Nous avons fait des mesures avec des galettes recouvertes d'une couche d'or sur la face avant obtenant un accroissement de l'efficacité de détection mais également une réduction de la précision L'ajout d'une tension intermédiaires entre les deux galettes empilées a au contraire améliorer à la fois l'efficacité et la précision des MCP en l’absence d’une couche d’orLe deuxième chapitre est consacré à la construction de l'appareil expérimental pour le refroidissement et le piégeage d’atomes L’excitation de l'état fondamental de l’Hélium à l'état métastable est décrite ainsi que la collimation et le refroidissement ultérieur par Zeeman lent du faisceau atomique chaud résultant Le faisceau ralenti est alors capturé dans un piège magnéto-optique PMO dans lequel nous avons capturé 8x108 atomesDans le troisième chapitre une étude originale du refroidissement Doppler tridimensionnel dans un PMO et une mélasse désaccordée vers le rouge de la transition atomique est discutée L’atome d’Hélium métastable est unique et ses propriétés ont permis une telle étude En effet les faibles densités atomiques impliquent qu’il n'y a pas de diffusion multiple de photons d’une part et la faible masse et la faible largeur de la transition 23S1 - 23P2 rend inefficace les processus de refroidissement sous la limite Doppler Ces conditions nous ont permis d’observer pour la première fois à trois dimensions un gaz refroidit dans le régime DopplerLe quatrième chapitre présente une étude sur les collisions dans un piège magnéto-optique d’Hélium métastable Les collisions Penning induites par la lumière en particulier à des intensités élevées et à des fréquences proches de la fréquence de transition sont responsables de pertes élevées d’atomes piégés Nous mesurons le coefficient de taux associé à ces pertes Ksp = 28 ± 04 x 10-7cm3/ s



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