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Vers une généralisation de l’utilisation des horloges atomiques miniatures

Les chercheurs de l’Institut FEMTO-ST travaillent maintenant depuis plusieurs années sur la miniaturisation d’horloges atomiques afin de les rendre moins chères et plus compactes. Ces appareils, qui comptent les secondes et les accumulent avec une précision extrême, sont des références de temps basées sur la pulsation propre de l’atome de césium qui est par nature extrêmement stable, c’est-à-dire qui ne dérive pas dans le temps. Cette réduction d’échelle vise ainsi à l’intégration de ces horloges atomiques dans de nombreux systèmes nécessitant une stabilité meilleure que celle délivrée par les oscillateurs à quartz, aujourd’hui très largement répandus. Ce remplacement pourrait profiter par exemple à l’amélioration de la synchronisation des réseaux (télécoms, électriques, bancaires) où de nouveaux usages apparaitront concernant notamment leur sécurité. Il pourra également améliorer la géolocalisation ou la synchronisation de systèmes n’ayant pas accès à la référence délivrée par le GPS (dispositifs de prospection pétrolière, communications militaires dans des environnements brouillés, etc.).

Dans ce cadre, les chercheurs de FEMTO-ST, en collaboration avec le LNE-SYRTE-Observatoire de Paris, viennent de réaliser une nouvelle architecture de cellule – cœur de la micro-horloge, le contenant de la vapeur de césium – aux caractéristiques davantage compatibles avec une production industrielle. L’intégration de composants optiques et de chauffage peut être réalisée collectivement (en travaillant au niveau wafer, c’est à dire en fabriquant en parallèle des centaines de dispositifs comme pour la microélectronique) réduisant ainsi fortement les coûts. Cette architecture se base sur une cellule allongée et équipée de réseaux de diffraction pour conduire la lumière en son sein. Cette géométrie, rendue atypique par les contraintes de microfabrication, a d’ailleurs montré d’excellentes performances. En effet, bien que le volume de vapeur de césium soit deux fois plus petit, les performances de stabilité extrapolées semblent aussi bonnes qu’avec les architectures plus conventionnelles.
Ces travaux ont débuté dans le cadre du projet Européen MAC-TFC (http://www.mac-tfc.eu/) puis ont été démontrés dans le cadre du projet ANR ISIMAC (Innovative Solutions For Improved Miniature Atomic Clocks) avec le soutien de la DGA. Le principe a fait l’objet d’un brevet et la démonstration vient d’être publiée dans la revue Scientific Reports (Nature publishing group) le 14 Septembre 2015.

lire l'article : http://www.nature.com/articles/srep14001