Note ABES Stroboscopic imaging of tweezer trapped ensembles and single atoms Imagerie stroboscopique d'ensembles et d'atomes uniques piégés par une pince optique Pinces optiques Élément optique diffractif (DOE) Décalage lumineux Imagerie stroboscopique Collision assistée par la lumière Atome unique Fonction d’onde de Monte Carlo (MCWF) Optical tweezers Diffractive optical element (DOE) Light shift Stroboscopic imaging Light-assisted collision Single atom Monte Carlo wave-function 539.74 541 Potassium Expériences Pinces optiques Atomes froids Pièges optiques Expériences Stroboscopes Dans ce travail, je démontre expérimentalement le piégeage et l’imagerie stroboscopique d’ensembles d’atomes et d’atomes uniques de potassium-39 (39K). Un nouveau système de pinces optiques intégrant un élément optique diffractif (DOE) a été développé, permettant d’atteindre des pièges de profondeur plus importantes pour un confinement efficace des atomes. Les niveaux d’énergie des atomes neutres de ³⁹K piégés subissent un décalage dû aux polarisabilités opposées de l’états fondamental et de l’état excité, ce qui provoque un effet anti-piégeant du niveau excité entraînant une perte rapide des atomes lors de l’imagerie par fluorescence. Pour atténuer cet effet, une imagerie stroboscopique a été mise en œuvre, dans laquelle les lasers de piégeage et d’imagerie sont allumés et éteints alternativement afin de minimiser leur chevauchement temporel. Cette approche a permis d’obtenir un spectre exempt de décalage lumineux et d’élargissement inhomogène pour un ensemble d’atomes. Les paramètres expérimentaux clés, tels que la puissance de crête du faisceau de piégeage et le déphasage entre les impulsions ont été optimisés pour maximiser la fluorescence atomique. Des simulations numériques de Monte Carlo basées sur la méthode semi-classique du calcul de la fonction d’onde (MCWF) ont été utilisées pour appuyer les résultats expérimentaux. En utilisant des collisions assistées par la lumière de manière stroboscopique, le chargement et l’imagerie d’atomes uniques ont été démontrés dans un réseau unidimensionnel. La dynamique de préparation d’atomes uniques à partir d’ensembles atomiques a été étudiée de manière systématique et validée à l’aide d’un modèle numérique tenant compte des pertes à un et deux corps. Enfin, des expériences de diagnostic — telles que le chauffage paramétrique, l’analyse du temps de vie et les mesures de libération-et-recapture — ont été menées pour caractériser les propriétés des atomes uniques. In this work, I experimentally demonstrate trapping and stroboscopic imaging of ensembles and single potassium-39 (39K) atoms. A new optical tweezer system incorporating a diffractive optical element (DOE) was developed, enabling deeper trap depths for efficient atom confinement. Neutral 39K atoms in the optical tweezers experience a differential light shift due to the opposite polarizabilities of the ground and excited states, resulting in an anti-trapping effect during continuous fluorescence imaging and causing rapid atom loss. To mitigate this issue, stroboscopic imaging was implemented where tweezer and imaging lasers are illuminated alternatively to minimize the temporal overlap between them. Using this approach, light shift-free spectrum was obtained for an ensemble of atoms which is free from inhomogeneous broadening. Key experimental parameters, including peak tweezer power and phase delay between pulses, were optimized to maximize the florescence from the atoms. Numerical simulations using the semi-classical Monte Carlo wave-function (MCWF) technique were employed to support the experimental observations. By employing light-assisted collision in a stroboscopic way, single atom loading and imaging was demonstrated for an one-dimensional array. The dynamics of single-atom preparation from atomic ensembles were systematically investigated and validated using a numerical model incorporating both single- and two-body loss processes. Additionally, diagnostic experiments—such as parametric heating, lifetime analysis, and release-and-recapture measurements—were performed to characterize single-atom properties. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 21788373 https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2025/Bera_swayangdipta_2025_ED222.pdf http://www.theses.fr/2025STRAF018/abes https://theses.hal.science/tel-05351790 https://theses.hal.science/tel-05351790 https://theses.hal.science/tel-05351790 https://theses.hal.science/tel-05351790 Bera Swayangdipta 1998-01-27 IN 29160241X 213102070ED 22124493 4200002 https://theses.fr/2025STRAF018 2025STRAF018 https://doi.org/10.70675/4a9a2d6az0f27z4825za9cdz5e27e008f101 2025-06-24 Physique Strasbourg 131056549 Doctorat Docteur es non oui Whitlock Shannon MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 255251882 Metelmann Anja MADS_PRESIDENT_DU_JURY 25333425X Solaro Cyrille MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 19977482X Lous Rianne MADS_RAPPORTEUR_1 291603688 Morsch Oliver MADS_RAPPORTEUR_2 127224890 École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 222 156504081 Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (Strasbourg) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 207480 157760227 ddc:530 ddc:540 Whitlock Shannon Metelmann Anja Solaro Cyrille Lous Rianne Morsch Oliver École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....) Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (Strasbourg) PDF 21788373