FR2879396A1 - Vacuum enclosure for the slowing down of atoms in a generator of slow-moving atoms, notably for atomic clocks and interferometer inertial sensors - Google Patents
Vacuum enclosure for the slowing down of atoms in a generator of slow-moving atoms, notably for atomic clocks and interferometer inertial sensors Download PDFInfo
- Publication number
- FR2879396A1 FR2879396A1 FR0413361A FR0413361A FR2879396A1 FR 2879396 A1 FR2879396 A1 FR 2879396A1 FR 0413361 A FR0413361 A FR 0413361A FR 0413361 A FR0413361 A FR 0413361A FR 2879396 A1 FR2879396 A1 FR 2879396A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- enclosure
- glass
- vacuum chamber
- atoms
- laser beams
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 13
- 230000010070 molecular adhesion Effects 0.000 claims description 11
- 239000006094 Zerodur Substances 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 6
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 5
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108010083687 Ion Pumps Proteins 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 235000013379 molasses Nutrition 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000000135 prohibitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F7/00—Shielded cells or rooms
- G21F7/02—Observation devices permitting vision but shielding the observer
- G21F7/03—Windows, e.g. shielded
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H3/00—Production or acceleration of neutral particle beams, e.g. molecular or atomic beams
- H05H3/04—Acceleration by electromagnetic wave pressure
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/14—Vacuum chambers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
ENCEINTE A VIDE POUR LE RALENTISSEMENT D'ATOMESVACUUM SPEAKER FOR ATOMS SLOWDOWN
DANS UN GENERATEUR D'ATOMES LENTS La présente invention concerne, d'une façon générale, le domaine des dispositifs générateurs d'atomes lents utilisés par exemple dans les horloges atomiques ou les capteurs inertiels à interférométrie atomique (gyromètres et gravimètres), et, plus spécifiquement, elle concerne des perfectionnements apportés à l'enceinte à vide servant à constituer de tels dispositifs. The present invention relates generally to the field of slow atom generating devices used for example in atomic clocks or inertial sensors with atomic interferometry (gyrometers and gravimeters), and more specifically, it relates to improvements made to the vacuum chamber used to constitute such devices.
Des développements récents dans le domaine du refroidissement (ralentissement) et de la manipulation d'atomes par faisceaux laser ont permis d'obtenir des améliorations très importantes des performances des horloges atomiques et des capteurs inertiels à interférométrie atomique. Cependant, ces appareils restent très complexes et très encombrants, et leur déplacement est souvent délicat. Recent developments in the field of cooling (slowing down) and the manipulation of atoms by laser beams have made it possible to obtain very significant improvements in the performance of atomic clocks and inertial sensors with atomic interferometry. However, these devices are very complex and very cumbersome, and their movement is often difficult.
Le principe de mise en uvre de ces appareils est le suivant. Des atomes neutres (comme par exemple du césium ou du rubidium) sont enfermés sous forme de vapeurs ou de jets dans une enceinte où règne un vide poussé (c'est-à-dire inférieur ou égal à environ 10-8 hPa). Des paires de faisceaux laser superposés et de sens de propagation opposés, parfaitement maîtrisés (notamment en puissance, en fréquence, en polarisation), pénètrent dans cette enceinte à travers des hublots en verre (typiquement en verre BK7 traité antireflets). Grâce aux forces qu'ils exercent sur les atomes, ces faisceaux laser provoquent un ralentissement, dit aussi refroidissement, des atomes depuis leur vitesse initiale (plusieurs centaines de mètres par seconde dans une vapeur thermique) jusqu'à quelques millimètres par seconde (atomes "froids"). Ces atomes froids ont alors des trajectoires très bien déterminées et contrôlées, et ils servent de particules-tests pour le champ électromagnétique (cas de l'horloge atomique) ou pour les forces d'inertie (cas des gravimètres et gyromètres). Pour ce qui concerne la technique de refroidissement d'atomes par faisceaux laser, on pourra se reporter à C. Salomon et al., Europhysics Letters, 1990, Vol. 12, p. 683 et suivantes. The principle of implementation of these devices is as follows. Neutral atoms (such as, for example, cesium or rubidium) are enclosed as vapors or jets in an enclosure with high vacuum (i.e. less than or equal to about 10-8 hPa). Pairs of laser beams superimposed and opposite directions of propagation, perfectly controlled (in particular in power, in frequency, in polarization), penetrate in this enclosure through glass windows (typically made of BK7 anti-reflective glass). Thanks to the forces they exert on the atoms, these laser beams cause a slowdown, also called cooling, atoms from their initial speed (several hundred meters per second in a thermal vapor) up to a few millimeters per second (atoms " cold "). These cold atoms then have very well determined and controlled trajectories, and they serve as test particles for the electromagnetic field (case of the atomic clock) or for the forces of inertia (case of gravimeters and gyrometers). With regard to the technique of cooling atoms by laser beams, reference may be made to C. Salomon et al., Europhysics Letters, 1990, Vol. 12, p. 683 and following.
L'enceinte à vide au sein de laquelle le processus 10 ci-dessus est mis en uvre doit présenter une géométrie satisfaisant à des contraintes importantes: - l'enceinte à vide doit être appropriée pour coopérer fonctionnellement avec trois paires de faisceaux laser contrapropageants dirigés selon trois directions au moins non colinéaires deux à deux dans l'espace, vers le centre de la zone de confinement de l'enceinte en pratique, pour que le ralentissement des atomes soit efficace, les faisceaux laser doivent avoir un diamètre suffisant pour ralentir un grand nombre d'atomes, typiquement mm, pour une vapeur de césium; - l'enceinte à vide doit posséder des accès optiques (hublots) supplémentaires pour permettre l'installation, à l'extérieur, d'appareillages (tels que caméra, photodiodes, ...) pointés vers le centre de la zone de confinement pour la caractérisation du ralentissement des atomes; - l'enceinte à vide doit posséder un accès (qui peut être de relativement petit diamètre quelques millimètres) relié à une réserve de matériau précurseur (par exemple césium, rubidium,...) ; - la zone de ralentissement est reliée au reste de l'enceinte à vide par un tube (ayant un diamètre intérieur de quelques millimètres, typiquement de 8 mm) permettant de laisser passer les atomes froids. The vacuum chamber in which the above process 10 is implemented must have a geometry satisfying important constraints: the vacuum chamber must be suitable to functionally cooperate with three pairs of contrapropagating laser beams directed according to three directions at least non-collinear two by two in space, towards the center of the containment zone of the enclosure in practice, for the slowdown of the atoms to be effective, the laser beams must have a diameter sufficient to slow down a large number of atoms, typically mm, for a cesium vapor; - the vacuum chamber must have additional optical accesses (portholes) to allow the installation, on the outside, of equipment (such as cameras, photodiodes, etc.) pointed towards the center of the containment zone for the characterization of the slowdown of atoms; - The vacuum chamber must have access (which may be relatively small diameter a few millimeters) connected to a reserve of precursor material (eg cesium, rubidium, ...); - The slowing zone is connected to the rest of the vacuum chamber by a tube (having an inner diameter of a few millimeters, typically 8 mm) to let cold atoms pass.
Les enceintes à vide des horloges atomiques sont généralement réalisées en métal alliage d'aluminium (dural), acier inoxydable amagnétique, titane. Les plaques de verre constituant les hublots doivent alors être fixées mécaniquement sur l'enceinte à vide par bridage à l'aide de contre-brides, avec interposition de joints d'étanchéité (par exemple joints en cuivre lorsque l'enceinte est en titane, joints en indium lorsque l'enceinte est en alliage d'aluminium) Un inconvénient important de cette configuration connue réside dans le fait que, pour obtenir un serrage correct des brides, il est nécessaire de prévoir suffisamment de matière sur l'enceinte à vide: il en résulte l'impossibilité de réduire les dimensions de l'enceinte autant que cela pourrait être souhaité, et pour cette raison l'enceinte à vide est réalisée dans une configuration relativement volumineuse. The vacuum housings of atomic clocks are generally made of aluminum alloy metal (dural), nonmagnetic stainless steel, titanium. The glass plates constituting the portholes must then be mechanically fastened to the vacuum chamber by clamping using counter-flanges, with the interposition of seals (for example copper gaskets when the enclosure is made of titanium, indium seals when the enclosure is aluminum alloy) A major disadvantage of this known configuration lies in the fact that, to obtain a correct clamping of the flanges, it is necessary to provide sufficient material on the vacuum chamber: as a result, it is impossible to reduce the dimensions of the enclosure as much as could be desired, and for this reason the vacuum chamber is made in a relatively large configuration.
En outre, la fixation par bridage des plaques de verre constitutives des hublots induit des contraintes mécaniques dans ces plaques qui peuvent alors se déformer; la qualité géométrique des fronts d'ondes optiques est dégradée, ce qui remet en cause les performances du ralentissement d'atomes. In addition, the fixing by clamping of the glass plates constituting the portholes induces mechanical stresses in these plates which can then deform; the geometric quality of the optical wave fronts is degraded, which puts into question the performance of the slowdown of atoms.
Cet inconvénient, s'il est déjà gênant pour la constitution et le fonctionnement des horloges atomiques, devient rédhibitoire lorsqu'on envisage des applications à la réalisation de capteurs inertiels à interférométrie atomique, tels que des gyromètres ou des gravimètre, où les séparations des ondes atomiques sont réalisées par faisceau laser. This disadvantage, if it is already troublesome for the constitution and the operation of the atomic clocks, becomes prohibitive when considering applications to the realization of inertial sensors with atomic interferometry, such as gyrometers or gravimeters, where the separations of the waves Atomic values are made by laser beam.
L'invention a pour but de proposer une solution perfectionnée originale qui permette d'écarter les inconvénients précités des dispositifs actuels et de mieux répondre aux attentes de la pratique, notamment en vue de la réalisation pratique de capteurs inertiels à interférométrie atomique. The object of the invention is to propose an original and improved solution which makes it possible to eliminate the aforementioned drawbacks of current devices and to better meet the expectations of the practice, particularly with a view to the practical realization of inertial sensors with atomic interferometry.
A ces fins, l'invention propose une enceinte à vide pour un dispositif générateur d'atomes lents, laquelle enceinte définit une chambre de confinement, propre à être placée sous un vide relativement poussé, pour le refroidissement d'atomes neutres sous l'action de faisceaux laser et comporte des hublots pour le passage desdits faisceaux laser, laquelle enceinte, étant agencée conformément à l'invention, se caractérise en ce qu'elle est constituée en verre, ce verre étant compatible avec un vide relativement poussé typiquement inférieur ou égal à 10-8 hPa, étant compatible avec les atomes froids présents dans la chambre de confinement, étant compatible d'un montage des hublots sans dégradation des qualités optiques de ceux-ci, et étant propre à servir de référence mécanique (typiquement 100 rad), stable dans le temps, pour diriger les faisceaux laser. For these purposes, the invention proposes a vacuum chamber for a device generating slow atoms, which enclosure defines a confinement chamber, capable of being placed under a relatively high vacuum, for the cooling of neutral atoms under action. of laser beams and comprises portholes for the passage of said laser beams, which enclosure, being arranged according to the invention, is characterized in that it is made of glass, this glass being compatible with a relatively high vacuum typically less than or equal to at 10-8 hPa, being compatible with the cold atoms present in the confinement chamber, being compatible with a mounting of the portholes without degradation of the optical qualities thereof, and being able to serve as a mechanical reference (typically 100 rad) , stable over time, to direct the laser beams.
De préférence, le verre constitutif de l'enceinte possède un très faible coefficient de dilatation thermique et est compatible d'une fixation des hublots par adhérence moléculaire. Avantageusement alors, le verre constitutif de l'enceinte pourra être choisi parmi la silice naturelle, la silice synthétique, le quartz, le verre à lunette (verre BK7). Preferably, the constituent glass of the enclosure has a very low coefficient of thermal expansion and is compatible with fixing the portholes by molecular adhesion. Advantageously then, the constituent glass of the enclosure may be selected from natural silica, synthetic silica, quartz, glass bezel (BK7 glass).
Un mode de réalisation tout particulièrement préféré consiste en ce que le verre constitutif de l'enceinte soit une céramique vitreuse non poreuse ayant un coefficient de dilatation thermique sensiblement nul. A very particularly preferred embodiment consists in that the constituent glass of the enclosure is a vitreous nonporous ceramic having a coefficient of thermal expansion substantially zero.
Un matériau de ce type qui, dans l'état actuel des connaissances, semble tout particulièrement approprié est le verre commercialisé par la société Schott sous la dénomination "zerodur" . A material of this type which, in the present state of knowledge, seems particularly suitable is the glass marketed by Schott under the name "zerodur".
Le recours à un matériau vitreux conformément à l'invention, et en particulier la mise en oeuvre d'une enceinte à vide en "zerodur" , autorise la fixation des hublots par adhérence moléculaire, ce qui évite d'avoir recours à des contre-brides et procure ainsi un gain dimensionnel considérable. Pour fixer les idées, une enceinte à vide réalisée conformément à l'invention présente une dimension transversale qui est approximativement moitié moindre que celle d'une enceinte métallique actuelle, à performances équivalentes. The use of a vitreous material according to the invention, and in particular the use of a vacuum chamber "zerodur", allows the fixing of the portholes by molecular adhesion, which avoids resorting to counter flanges and thus provides considerable dimensional gain. To fix ideas, a vacuum chamber made according to the invention has a transverse dimension which is approximately half that of a current metal speaker, equivalent performance.
En outre, l'élimination des contre-brides et des moyens mécaniques de serrage écarte le risque de déformation géométrique des plaques de verre constitutives des hublots. In addition, the elimination of counter-flanges and mechanical clamping means eliminates the risk of geometric deformation of the glass plates constituting the portholes.
Pour la mise en oeuvre du processus de fixation des plaques de verre constitutives des hublots par adhérence moléculaire, on prévoit avantageusement que l'enceinte, sur sa face extérieure, comporte des bossages annulaires à surface frontale superpolie sur lesquels les hublots sont appliqués et retenus par adhérence moléculaire le recours à ces bossages limite la superficie à traiter en superpoli. For the implementation of the process of fixing the glass plates constituting the portholes by molecular adhesion, it is advantageously provided that the enclosure, on its outer face, comprises annular bosses superpolished frontal surface on which the portholes are applied and retained by molecular adhesion the use of these bosses limits the area to be treated in superpoli.
Les faisceaux laser destinés à parvenir jusque dans la zone de ralentissement des atomes sont amenés par des fibres optiques jusqu'à des collimateurs de mise en forme qui sont fixés sur l'enceinte à vide en regard des hublots. Le positionnement des collimateurs doit être très bien défini en direction et en centrage par rapport au centre de l'enceinte. A cette fin, on prévoit avantageusement que l'enceinte comporte des inserts en matière synthétique moulés directement dans des logements et des trous de centrage, lesdits logements et trous de centrage étant usinés dans la face externe de l'enceinte à vide et répartis autour des hublots propres à être traversés par les faisceaux laser, ce grâce à quoi des collimateurs peuvent être positionnés de façon centrée dans les trous de centrage et solidarisés à l'enceinte par vissage dans les inserts. The laser beams intended to reach the slow-down zone of the atoms are brought by optical fibers to forming collimators which are fixed on the vacuum enclosure opposite the windows. The positioning of the collimators must be very well defined in direction and in centering with respect to the center of the enclosure. To this end, it is advantageously provided that the enclosure comprises plastic inserts molded directly into housings and centering holes, said housings and centering holes being machined in the outer face of the vacuum chamber and distributed around the portholes adapted to be traversed by the laser beams, whereby collimators can be positioned centrally in the centering holes and secured to the enclosure by screwing into the inserts.
Le fait de disposer d'une enceinte à vide de petites dimensions offre de nombreux avantages, certains étant liés au matériau constitutif de l'enceinte et d'autres étant liés aux faibles dimensions de l'enceinte. The fact of having a vacuum chamber of small dimensions offers many advantages, some being related to the constituent material of the enclosure and others being related to the small dimensions of the enclosure.
Les avantages liés au matériau constitutif de l'enceinte sont les suivants: le faible taux de dégazage du matériau vitreux utilisé, en particulier lorsqu'il s'agit du "zerodur" , conjugué avec la réduction notable de la surface interne de l'enceinte à vide permet d'envisager de maintenir le niveau de vide souhaité uniquement au moyen de getters, comme cela est déjà connu dans la technique des gyrolasers; ceci permet de s'affranchir de la mise en oeuvre d'une pompe ionique, coûteuse, d'éviter les perturbations magnétiques dues à celle-ci, et de gagner en encombrement; - le recours au "zerodur" en tant que matériau constitutif de l'enceinte à vide procure des surfaces de référence quasiment insensibles à la température, ce qui est fondamental pour déterminer une direction invariante de lancement des atomes; ceci est d'autant plus indispensable que la plupart des effets systématiques, dans un gyromètre atomique utilisant la technique du double jet atomique, sont liés à la non superposition parfaite des trajectoires des deux bouffées d'atomes. The advantages associated with the constituent material of the enclosure are the following: the low degassing rate of the vitreous material used, in particular when it comes to the "zerodur", conjugated with the notable reduction of the internal surface of the enclosure empty allows to consider maintaining the desired vacuum level only by means of getters, as is already known in the art of laser gyro; this makes it possible to dispense with the implementation of an expensive ion pump, to avoid the magnetic disturbances due to it, and to gain space; - the use of "zerodur" as a constituent material of the vacuum chamber provides reference surfaces almost insensitive to temperature, which is fundamental to determine an invariant direction of launching atoms; this is all the more indispensable since most of the systematic effects, in an atomic gyrometer using the atomic double jet technique, are linked to the perfect non-superposition of the trajectories of the two puffs of atoms.
Les avantages liés aux faibles dimensions de l'enceinte à vide sont, quant à eux, les suivants: - le champ magnétique, ainsi que ses fluctuations temporelles et spatiales sont une source importante de déphasages parasites; avec une enceinte à vide de petite taille, le champ magnétique est contrôlé sur un volume plus petit, ce qui se réalise plus facilement et plus efficacement; de plus, les blindages magnétiques sont plus petits et plus légers; - de même, la température est plus facile à contrôler dans un volume réduit, et les effets liés aux dilatations thermiques sont réduits en proportion des dimensions de l'enceinte à vide; - la réduction des dimensions des différentes zones (piégeage des atomes, préparation atomique, interférométrie, détection) permet de limiter les temps morts entre les différentes phases de fonctionnement et d'augmenter ainsi le rapport cyclique de fonctionnement (temps d'interaction/temps de cycle) ; - les bobines de courant utilisées pour le piège magnéto-optique peuvent être placées plus près de la zone de piégeage et nécessitent donc des courants plus faibles pour réaliser le même gradient de champ magnétique; la dissipation thermique des bobines s'en trouve également réduite. The advantages associated with the small dimensions of the vacuum chamber are, for their part, the following: the magnetic field, as well as its temporal and spatial fluctuations, are an important source of parasitic phase shifts; with a small vacuum chamber, the magnetic field is controlled on a smaller volume, which is achieved more easily and more efficiently; in addition, magnetic shields are smaller and lighter; - Similarly, the temperature is easier to control in a reduced volume, and the effects of thermal expansion are reduced in proportion to the dimensions of the vacuum chamber; the reduction of the dimensions of the different zones (atom trapping, atomic preparation, interferometry, detection) makes it possible to limit the dead times between the different phases of operation and thus to increase the duty cycle (interaction time / ignition time). cycle); the current coils used for the magneto-optical trap can be placed closer to the trapping area and therefore require smaller currents to achieve the same magnetic field gradient; the heat dissipation of the coils is also reduced.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de certains modes de réalisation préférés donnés uniquement à titre d'exemples purement illustratifs. Dans cette description, on se réfère au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une vue extérieure en perspective d'une enceinte à vide agencée conformément à 5 l'invention; et - la figure 2 est une vue extérieure en perspective de l'enceinte à vide en cours d'usinage, la pièce étant montrée à la fin de la première phase d'usinage. The invention will be better understood on reading the following detailed description of certain preferred embodiments given solely by way of purely illustrative examples. In this description, reference is made to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is an external perspective view of a vacuum enclosure arranged in accordance with the invention; and - Figure 2 is an external perspective view of the vacuum chamber during machining, the part being shown at the end of the first machining phase.
Comme illustré à la figure 1, l'enceinte à vide visée par l'invention, désignée dans son ensemble par la référence 1, se présente sous forme d'un corps polyèdre ayant six faces principales 2 qui sont deux à deux opposées et mutuellement parallèles et qui sont trois à trois adjacentes et mutuellement perpendiculaires (concrètement, ces six faces sont les faces d'un cube). Cette enceinte à vide 1 est destinée à constituer un dispositif générateur d'atomes lents et définit une chambre interne de confinement (non visible), propre à être placée sous un vide relativement poussé (typiquement de l'ordre de 10-8 à 10-8 hPa), pour le refroidissement ou ralentissement d'atomes neutres (tels que des atomes de césium ou de rubidium) sous l'action de faisceaux laser. As illustrated in FIG. 1, the vacuum chamber contemplated by the invention, designated as a whole by reference numeral 1, is in the form of a polyhedron body having six main faces 2 which are two by two opposite and mutually parallel and which are three to three adjacent and mutually perpendicular (concretely, these six faces are the faces of a cube). This vacuum chamber 1 is intended to constitute a device generating slow atoms and defines an internal confinement chamber (not visible), capable of being placed under a relatively high vacuum (typically of the order of 10-8 to 10-8). 8 hPa), for cooling or slowing down neutral atoms (such as cesium or rubidium atoms) under the action of laser beams.
Les faces principales 2 comportent des ouvertures respectives 3 fermées par des hublots 4 formés de plaques de verre (ces plaques de verre des hublots sont représentées en tirets) et destinées au passage desdits faisceaux laser. Les hublots 4 peuvent par exemple être en verre à lunette (verre BK7). Dans cette configuration, les ouvertures 3 fermées par les hublots 4 sont deux à deux opposées et coaxiales et chaque paire d'ouvertures opposées peut donner passage à deux faisceaux laser dirigés l'un vers l'autre et sensiblement coaxiaux (faisceaux contrapropageants). The main faces 2 comprise respective openings 3 closed by portholes 4 formed of glass plates (these glass plates of the portholes are shown in dashed lines) and intended for the passage of said laser beams. The portholes 4 may for example be glass bezel (BK7 glass). In this configuration, the openings 3 closed by the windows 4 are two to two opposite and coaxial and each pair of opposite openings can give passage to two laser beams directed towards each other and substantially coaxial (contrapropagant beams).
Conformément à l'invention, l'enceinte à vide 1 est constituée en verre, ce verre étant compatible avec un vide relativement poussé, étant compatible avec les atomes froids (par exemple césium, rubidium) présents dans la chambre de confinement, étant compatible d'un montage des hublots 4 sans dégradation des qualités optiques de ceux-ci, et surtout étant propre à servir de référence mécanique d'une très grande stabilité dans le temps (de l'ordre de 30" d'arc), pour diriger les faisceaux laser avec la précision souhaitable. According to the invention, the vacuum chamber 1 is made of glass, this glass being compatible with a relatively high vacuum, being compatible with the cold atoms (for example cesium, rubidium) present in the confinement chamber, being compatible with a mounting of the portholes 4 without degradation of the optical qualities thereof, and especially being able to serve as a mechanical reference of a very great stability over time (of the order of 30 "arc), to direct the Laser beams with the desirable precision.
De façon préférée, le verre constitutif de l'enceinte 1 possède un très faible coefficient de dilatation thermique et est compatible d'une fixation des hublots 4 par adhérence moléculaire. Le verre constitutif de l'enceinte 1 est alors avantageusement choisi parmi la silice naturelle, la silice synthétique, le quartz, le verre à lunette (verre BK7). Preferably, the constituent glass of the enclosure 1 has a very low coefficient of thermal expansion and is compatible with a fixation of the windows 4 by molecular adhesion. The constituent glass of the chamber 1 is then advantageously chosen from natural silica, synthetic silica, quartz, and spectacle glass (BK7 glass).
Dans un mode de réalisation préféré, le verre constitutif de l'enceinte 1 est une céramique vitreuse non poreuse ayant un coefficient de dilatation thermique sensiblement nul. De façon tout particulièrement préférée, on a recours, conformément à l'invention, à un verre commercialisé par la société Schott sous la dénomination "zerodur" , qui confère une très grande stabilité géométrique à l'ensemble de la pièce, assurant ainsi une très grande précision mécanique. In a preferred embodiment, the constituent glass of the enclosure 1 is a non-porous vitreous ceramic having a coefficient of thermal expansion substantially zero. Very particularly preferably, according to the invention, a glass sold by the company Schott under the name "zerodur" is used, which confers a very high geometrical stability to the whole of the piece, thus ensuring a very high high mechanical precision.
Les faces principales 2 sont munies de bossages 5 centraux, coaxiaux aux ouvertures 3 respectivement, dont l'axe est centré sur le point origine ou point central O de la pièce (point de concours des axes des ouvertures 3 comme montré à la figure 2). Les faces frontales des bossages 5 des faces principales 2 sont rectifiées et finies avec un superpoli, de sorte que les plaques de verre respectives constitutives des hublots 4 peuvent être fixées sur ces bossages uniquement par adhérence moléculaire, sans qu'il soit besoin de faire appel à des systèmes mécaniques de fixation tels que des contre-brides. Du fait de leur fixation par le simple phénomène d'adhérence moléculaire, les plaques de verre constitutives des hublots 4 ne sont soumises à aucune contrainte mécanique et ne sont donc sujettes à aucune déformation géométrique sensible. The main faces 2 are provided with central bosses, coaxial with the openings 3, respectively, whose axis is centered on the origin point or center point O of the piece (point of concurrence of the axes of the openings 3 as shown in FIG. 2). . The end faces of the bosses 5 of the main faces 2 are ground and finished with a superpoli, so that the respective glass plates constituting the portholes 4 can be fixed on these bosses only by molecular adhesion, without the need to appeal to mechanical fastening systems such as counter-flanges. Due to their fixation by the simple phenomenon of molecular adhesion, the glass plates constituting the portholes 4 are not subject to any mechanical stress and are therefore not subject to any appreciable geometric deformation.
Dans un exemple typique de réalisation, les bossages 4 des faces principales 2 ont un diamètre de l'ordre de 21 à 24 mm et une épaisseur de 1 mm, alors que les ouvertures respectives ont un diamètre de 15 mm. De ce fait, la surface utile pour le phénomène d'adhérence moléculaire est une surface annulaire délimitée entre les diamètres 15 mm et 24 mm, soit environ 275 mm2. Une telle surface est suffisante pour l'effet recherché qui est d'assurer l'étanchéité de l'appui des plaques de verre constitutives des hublots 4 lorsque l'enceinte 1 est placée sous un vide inférieur à au moins 10-8 ou 10-9 hPa, typiquement de l'ordre de 10-10 hPa. In a typical embodiment, the bosses 4 of the main faces 2 have a diameter of the order of 21 to 24 mm and a thickness of 1 mm, while the respective openings have a diameter of 15 mm. As a result, the surface area for the molecular adhesion phenomenon is an annular surface delimited between the diameters 15 mm and 24 mm, ie approximately 275 mm 2. Such a surface is sufficient for the desired effect which is to seal the support of the glass plates constituting the windows 4 when the chamber 1 is placed under a vacuum of at least 10-8 or 10- 9 hPa, typically of the order of 10-10 hPa.
Les faisceaux laser sont amenés, depuis un ou plusieurs générateurs, par des fibres optiques, puis mis en forme par des collimateurs (non montrés) qui sont montés coaxialement sur chaque ouverture 3, au contact des hublots 4. The laser beams are brought from one or more generators by optical fibers and then shaped by collimators (not shown) which are mounted coaxially on each opening 3, in contact with the windows 4.
Ces collimateurs sont fixés mécaniquement sur l'enceinte 1 et, dans le cas où les atomes froids sont lancés par une technique de mélasse mouvante (voir C. Salomon et al., Europhysics Letters, 1991, Vol. 16, p. 165 et suivantes), leur position doit être définie de façon très précise en direction et en centrage par rapport au centre O de l'enceinte 1. Pour la fixation des collimateurs, on prévoit, répartis autour des bossages 5, plusieurs logements 6 dans lesquels sont moulés directement des inserts en matière synthétique (non montrés) propres à recevoir des vis de fixation des collimateurs. Typiquement, dans l'exemple illustré à la figure 1, les logements 6 sont des trous lamés à fond plat au nombre de trois sur chaque face principale 2, écartés angulairement de 135 , 135 et 90 , et ayant un diamètre de 5 mm et une profondeur de 5 mm. These collimators are mechanically fixed on the chamber 1 and, in the case where the cold atoms are launched by a moving molasses technique (see C. Salomon et al., Europhysics Letters, 1991, Vol.16, pp. 165 et seq. ), their position must be defined very precisely in direction and in centering with respect to the center O of the enclosure 1. For the fixing of the collimators, distributed around the bosses 5, are several housing 6 in which are molded directly synthetic inserts (not shown) adapted to receive collimator fixing screws. Typically, in the example illustrated in FIG. 1, the housings 6 are flat-bottomed flat holes three in number on each main face 2, angularly spaced from 135, 135 and 90, and having a diameter of 5 mm and a diameter of 5 mm. depth of 5 mm.
Pour un centrage correct des collimateurs, on prévoit, autour des bossages 5, des trous borgnes 7 de centrage notamment à fond hémisphérique, propres à recevoir des pions de centrage de forme complémentaire prévus sur les collimateurs. Dans l'exemple typique envisagé ci-dessus et illustré à la figure 1, les trous borgnes 7 ont un diamètre de 4 mm et une profondeur de 2 mm et, sur chaque face principale 2, ils sont au nombre de trois interposés entre les logements 6, avec une répartition angulaire identique à celle des logements 6, mais avec un décalage angulaire de 180 par rapport à ceux-ci, comme illustré à la figure 1. For correct centering of the collimators, there are provided, around the bosses 5, blind holes 7 of centering including bottom hemispherical, adapted to receive centering pins of complementary shape provided on the collimators. In the typical example envisaged above and illustrated in FIG. 1, the blind holes 7 have a diameter of 4 mm and a depth of 2 mm and, on each main face 2, there are three interposed between the housings 6, with an angular distribution identical to that of the housings 6, but with an angular offset of 180 relative thereto, as illustrated in FIG. 1.
A la figure 2 est montrée la pièce cubique de départ avec ses six faces principales 2 munies chacune de son bossage 5 annulaire entouré des trois logements 6 et des trois trous de centrage 7 en alternance. Sur cette figure 2, on a représenté les trois axes des bossages des trois faces principales visibles, axes A qui sont mutuellement orthogonaux et qui s'intersectent en un point O centre de la pièce. In Figure 2 is shown the starting cubic piece with its six main faces 2 each provided with its annular boss 5 surrounded by three recesses 6 and three centering holes 7 alternately. In this figure 2, there is shown the three axes of the bosses of the three main visible faces, A axes which are mutually orthogonal and which intersect at a point O center of the part.
Deux sommets opposés de la pièce cubique de départ montrée à la figure 2 sont éliminés (typiquement sur une profondeur de 12 mm) pour former deux faces respectivement supérieure 8 et inférieure 9, mutuellement parallèles et munies de passages centraux respectifs comme visible sur la figure 1 (sur la figure 2, l'emplacement des faces 8, 9 - non encore usinées- est schématisé en tirets). La face supérieure 8 est destinée à la fixation du corps du capteur inertiel (par exemple du gyromètre), tandis que la face inférieure 9 est destinée au raccordement d'une réserve de précurseur atomique (par exemple césium ou rubidium). Two opposing vertices of the cubic starting piece shown in FIG. 2 are eliminated (typically to a depth of 12 mm) to form two mutually parallel upper and lower faces 8 and 8, respectively, provided with respective central passages as can be seen in FIG. (In Figure 2, the location of the faces 8, 9 - not yet machined - is schematized in broken lines). The upper face 8 is intended for fixing the body of the inertial sensor (for example the gyrometer), while the lower face 9 is for connecting an atomic precursor reserve (for example cesium or rubidium).
L'enceinte à vide 1 telle qu'elle vient d'être décrite suffit en tant que telle pour la fonction qui lui est assignée. Toutefois, il est souhaitable de pouvoir contrôler le fonctionnement à l'aide d'appareils de contrôle situés à l'extérieur. Pour ce faire, on prévoit des hublots additionnels qui, comme aucun emplacement libre pour leur implantation n'est disponible sur les faces principales 2, sont mis en place sur des faces auxiliaires 10 de forme générale triangulaire obtenues en taillant les sommets de la pièce cubique (typiquement sur une profondeur d'environ 14 mm à partir du sommet correspondant) de telle manière que la perpendiculaire à chaque face auxiliaire en son milieu passe par le centre O précité de la pièce. Chaque face auxiliaire 10 comporte elle aussi un trou traversant 11 bordé par un bossage annulaire 12 (typiquement, les trous 11 ont un diamètre de 8 mm et les bossages 12 un diamètre externe de 17 mm), les trous 11 étant fermés par des hublots 13 maintenus sur les faces frontales superpolies des bossages annulaires 12 par adhérence moléculaire (sur la figure 2, l'emplacement des faces 10 - non encore usinées- est schématisé en tirets). The vacuum chamber 1 as just described suffices as such for the function assigned to it. However, it is desirable to be able to control the operation with external control devices. To do this, additional portholes are provided which, as no free location for their implementation is available on the main faces 2, are placed on auxiliary faces 10 of generally triangular shape obtained by cutting the tops of the cubic piece (typically to a depth of about 14 mm from the corresponding apex) such that the perpendicular to each auxiliary face in its middle passes through the aforementioned center O of the part. Each auxiliary face 10 also has a through hole 11 bordered by an annular boss 12 (typically, the holes 11 have a diameter of 8 mm and the bosses 12 have an outer diameter of 17 mm), the holes 11 being closed by portholes 13 maintained on the super-polished front faces of the annular bosses 12 by molecular adhesion (in Figure 2, the location of the faces 10 - not yet machined - is schematized in broken lines).
13 287939613 2879396
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0413361A FR2879396B1 (en) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | VACUUM SPEAKER FOR SLOWING ATOMS IN A GENERATOR OF SLOW ATOMS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0413361A FR2879396B1 (en) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | VACUUM SPEAKER FOR SLOWING ATOMS IN A GENERATOR OF SLOW ATOMS |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2879396A1 true FR2879396A1 (en) | 2006-06-16 |
| FR2879396B1 FR2879396B1 (en) | 2012-09-21 |
Family
ID=35045392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0413361A Expired - Fee Related FR2879396B1 (en) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | VACUUM SPEAKER FOR SLOWING ATOMS IN A GENERATOR OF SLOW ATOMS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2879396B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111650676A (en) * | 2020-07-01 | 2020-09-11 | 华东师范大学 | A vacuum degree superior to 1 × 10-8Pa full-glass optical atomic cavity and preparation method thereof |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3616523A (en) * | 1970-11-24 | 1971-11-02 | Us Army | Glass laser window sealant technique |
| US4273282A (en) * | 1979-12-20 | 1981-06-16 | Litton Systems, Inc. | Glass-or ceramic-to-metal seals |
-
2004
- 2004-12-15 FR FR0413361A patent/FR2879396B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3616523A (en) * | 1970-11-24 | 1971-11-02 | Us Army | Glass laser window sealant technique |
| US4273282A (en) * | 1979-12-20 | 1981-06-16 | Litton Systems, Inc. | Glass-or ceramic-to-metal seals |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| IKEGAMI T ET AL: "Laser cooling and trapping experiments for cesium atoms in NRLM", PROCEEDINGS OF THE SPIE - THE INTERNATIONAL SOCIETY FOR OPTICAL ENGINEERING USA, vol. 1837, 1993, pages 290 - 298, XP002349505, ISSN: 0277-786X * |
| MONROE C ET AL: "Very cold trapped atoms in a vapor cell", PHYSICAL REVIEW LETTERS USA, vol. 65, no. 13, 24 September 1990 (1990-09-24), pages 1571 - 1574, XP002349508, ISSN: 0031-9007 * |
| NEUHAUSER R G: "Pressure-made soft-metal vacuum seals for glass and ceramics", VACUUM UK, vol. 29, no. 6-7, June 1979 (1979-06-01), pages 231 - 235, XP002349506, ISSN: 0042-207X * |
| SMITH B: "Laser Brewster window sealing techniques", IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS USA, vol. QE-9, no. 5, May 1973 (1973-05-01), pages 546 - 548, XP002349507, ISSN: 0018-9197 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111650676A (en) * | 2020-07-01 | 2020-09-11 | 华东师范大学 | A vacuum degree superior to 1 × 10-8Pa full-glass optical atomic cavity and preparation method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2879396B1 (en) | 2012-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Walter et al. | Large‐area low‐cost tunable plasmonic perfect absorber in the near infrared by colloidal etching lithography | |
| CA2853751C (en) | Infrared detector made up of suspended bolometric micro-plates | |
| EP0660140A1 (en) | Method for making a relief structure on a substrate from semiconductor material | |
| EP1488443B1 (en) | Device for confinement of a plasma within a volume | |
| FR2969284A1 (en) | INFRARED DETECTOR BASED ON SUSPENDED BOLOMETRIC MICRO-PLANKS | |
| EP0023171A1 (en) | Temperature stabilized high frequency oscillator | |
| FR2636133A1 (en) | LASER GYROSCOPE IN RING AND MAGNETIC MIRROR FOR THIS GYROSCOPE | |
| FR2638023A1 (en) | CRYOSTATIC DEVICE FOR RADIATION DETECTOR | |
| EP0398832A1 (en) | Plasma reactor with electromagnetic wave-coupling means | |
| EP2873306A1 (en) | Coaxial microwave applicator for plasma production | |
| FR2492522A1 (en) | RING LASER GYROSCOPE WITH DISPERSION EQUALIZATION | |
| FR2879396A1 (en) | Vacuum enclosure for the slowing down of atoms in a generator of slow-moving atoms, notably for atomic clocks and interferometer inertial sensors | |
| EP0942261B1 (en) | Procedure and device to measure the bottom of craters on a surface of a sample | |
| EP3329331B1 (en) | Device for shaping a laser beam for an atomic sensor | |
| FR2672739A1 (en) | LASER, RING LASER GYROSCOPE AND METHOD FOR SUPPRESSING DEAXATED MODES OF LIGHT WAVE PROPAGATION IN A CAVITY. | |
| EP0520902A1 (en) | Ferrule with a transversely anisotropic optical fibre and its manufacturing method | |
| WO1998035207A1 (en) | Triaxial laser rate gyro symmetrized with respect to its axis of activation | |
| FR2562340A1 (en) | RING LASER, PARTICULARLY FOR RING LASER GYROSCOPE, WITH SUPPORT BLOCK WITH OPTICAL RESONANCE CAVITY AND THREE ANGLE MIRRORS | |
| FR2716573A1 (en) | Ionic optics system with three grids. | |
| FR2975218A1 (en) | Atom cooling and trapping device for use in e.g. rotation sensor, for cooling atoms to specific temperature, has substrate that is made transparent to preset wavelength, and optical beam passing through chip | |
| FR2664750A1 (en) | GRILLE BIREFLECTOR. | |
| EP0366562B1 (en) | Detachable holding device for a piezoelectric resonator inside a housing | |
| WO2022017850A1 (en) | High temperature capacitive sensor | |
| EP0857947A1 (en) | Means for fixing laser block of a triaxial laser gyro to dithering means | |
| EP0331581B1 (en) | Piezoelectric mirror for a laser gyroscope |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TQ | Partial transmission of property | ||
| CA | Change of address |
Effective date: 20140805 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 12 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 13 |
|
| CD | Change of name or company name |
Owner name: OBSERVATOIRE DE PARIS, FR Effective date: 20170126 Owner name: SAGEM DEFENSE SECURITE, FR Effective date: 20170126 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 14 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 15 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 16 |
|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20210806 |