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Article Dans Une Revue Experimental Astronomy Année : 2015

Design of a dual species atom interferometer for space

Markus Krutzik
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Lluis Gesa Bote
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Holger Ahlers
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Waldemar Herr
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Katerine Posso-Trujillo
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Jan Rudolph
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Stephan Seidel
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Thijs Wendrich
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André Kubelka-Lange
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Alexander Milke
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Emanuele Rocco
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Andrew Hinton
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Kai Bongs
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Markus Oswald
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Matthias Hauth
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Ahmad Bawamia
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Andreas Wicht
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Arnaud Landragin
Didier Massonnet
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Thomas Lévèque
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Andre Wenzlawski
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Ortwin Hellmig
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Patrick Windpassinger
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Chris Chaloner
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David Summers
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Philip Ireland
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Ignacio Mateos
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Guglielmo Tino
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Michael Williams
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Christian Trenkel
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Domenico Gerardi
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Johannes Burkhardt
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Astrid Heske
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Eric Wille
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Martin Gehler
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Résumé

Atom interferometers have a multitude of proposed applications in space including precise measurements of the Earth's gravitational field, in navigation & ranging, and in fundamental physics such as tests of the weak equivalence principle (WEP) and gravitational wave detection. While atom interferometers are realized routinely in ground-based laboratories, current efforts aim at the development of a space compatible design optimized with respect to dimensions, weight, power consumption, mechanical robustness and radiation hardness. In this paper, we present a design of a high-sensitivity differential dual species 85Rb/87Rb atom interferometer for space, including physics package, laser system, electronics and software. The physics package comprises the atom source consisting of dispensers and a 2D magneto-optical trap (MOT), the science chamber with a 3D-MOT, a magnetic trap based on an atom chip and an optical dipole trap (ODT) used for Bose-Einstein condensate (BEC) creation and interferometry, the detection unit, the vacuum system for 10-11 mbar ultra-high vacuum generation, and the high-suppression factor magnetic shielding as well as the thermal control system. The laser system is based on a hybrid approach using fiber-based telecom components and high-power laser diode technology and includes all laser sources for 2D-MOT, 3D-MOT, ODT, interferometry and detection. Manipulation and switching of the laser beams is carried out on an optical bench using Zerodur bonding technology. The instrument consists of 9 units with an overall mass of 221 kg, an average power consumption of 608 W (814 W peak), and a volume of 470 liters which would well fit on a satellite to be launched with a Soyuz rocket, as system studies have shown.

Dates et versions

hal-02448929 , version 1 (22-01-2020)

Identifiants

Citer

Thilo Schuldt, Christian Schubert, Markus Krutzik, Lluis Gesa Bote, Naceur Gaaloul, et al.. Design of a dual species atom interferometer for space. Experimental Astronomy, 2015, 39 (2), pp.167-206. ⟨10.1007/s10686-014-9433-y⟩. ⟨hal-02448929⟩
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