Numerical studies of guided matter waves

Etudes numériques sur la production, la diffusion et la manipulation d'ondes de matière

François Vermersch (1, 2)

1 Atomes Froids (LCAR)
2 LCAR - Laboratoire Collisions Agrégats Réactivité

This thesis provides a contribution to the development of atom optics, and in particular toguided atom optics. This manuscript consists of two parts. The first concerns numerical modelsof the controlled production of guided matter waves from Bose-Einstein condensates. We discussthe limits on the velocity dispersion of an outcoupled matter wave and the possible contaminationof the transverse degrees of freedom in the course of the out coupling process. A good agreementwith experimental results of our team has been obtained. The second part of the thesis focuses onmatter wave scattering experiments on shaped potentials. We have obtained the relevant variables tounderstanding the scattering on a localized defect. Two studies on the scattering on a static opticallattice and then on an amplitude-modulated lattice are presented in close collaboration with theexperimental activities of the group. These studies demonstrate the feasibility of a velocity bandpassfilter. This work demonstrates also the transposition of dielectric optics principles to atom optics.Other studies focus on a two-dimensional scattering where resonances induced by confinement havebeen identified and also on systems in which internal and external degrees of freedom are coupledduring the scattering.

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du développement de l’optique atomique, et en particulierde l’optique atomique guidée. Le manuscrit comprend deux volets. Le premier concernedes modélisations numériques sur la production contrôlée d’ondes de matière guidée à partir d’uncondensat de Bose-Einstein. Les limites en dispersion de vitesse de l’onde de matière découplée ouencore la contamination éventuelle des degrés de liberté transverses sont abordés. Un bon accordavec les résultats expérimentaux de l’équipe ont été obtenus. Le deuxième volet de la thèse portesur des expériences de diffusion d’ondes de matière sur des potentiels façonnés. Nous nous sommesattachés à définir les variables pertinentes pour la compréhension de la diffusion sur un obstacle localisé.Deux études portant sur la diffusion sur un réseau optique statique puis modulé en amplitudeont été menées en lien étroit avec les activités expérimentales du groupe. Un filtre passe-bande envitesse a pu ainsi être démontré. Ces travaux démontrent la transposition de l’optique diélectriqueà l’optique atomique. D’autres études portent sur des cas de diffusion non unidimensionnelle où desrésonances induites par le confinement ont été identifiées ou encore sur des systèmes où les degrésde liberté interne et externe sont couplés dans le processus de diffusion.

Mots clés: atom optics

Mots clés: Atomes froids; étude numérique; optique atomique; condensats de Bose-Einstein; onde de matière

Domaines: Physique [physics]

François Vermersch. Etudes numériques sur la production, la diffusion et la manipulation d'ondes de matière. Physique [physics]. Université Paul Sabatier, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01260672⟩