Clément CARLÉ : Horloge atomique microonde à technologie de microcellule améliorée et régime d’interrogation impulsionnel

Résumé : Ce travail de thèse a visé à proposer des solutions scientifiques et technologiques innovantes pour la démonstration d’une horloge atomique CPT à cellule micro-fabriquée à la stabilité de fréquence long-terme améliorée.

Un premier axe d’étude a concerné la mise en place de protocoles d’interrogation impulsionnels pour réduire les déplacements de fréquence induits lors de l’interaction entre les atomes et le champ d’interrogation lumineux. La mise en œuvre d’une séquence avancée nommée Symmetric Auto-Balanced Ramsey (SABR) a notamment permis une réduction de la sensibilité de la fréquence d’horloge aux variations du champ laser par plus de deux ordres de grandeur, bénéficiant à la stabilité de fréquence pour des temps d’intégration supérieurs à 100 s.

Un second axe de recherche a porté sur la preuve de concept et le développement d’une nouvelle technologie de microcellule à vapeur de césium reposant sur l’exploitation de vannes ouvrantes et fermantes micro-fabriquées actionnables par laser, combinées à l’utilisation de substrats de verre à faible perméation, permettant un choix étendu et un contrôle renforcé de son atmosphère interne. Une réduction du taux de perméation par un facteur supérieur à 1000 a été démontrée dans des cellules avec verres aluminosilicatés et revêtements d’alumine. Des études pour le développement de cellules exploitant de nouveaux mélanges de gaz tampon et pouvant ainsi opérer à haute température (>90°C) ont été entreprises.

Enfin, les résultats complémentaires de ces deux axes de recherche ont été valorisés par la démonstration d’une horloge à microcellule Cs-Ne à verres aluminosilicatés exploitant la séquence d’interrogation SABR. La combinaison de ces approches, renforcées par la mise en œuvre de contrôles actifs de paramètres expérimentaux clés, a mené à une stabilité relative de fréquence de 7x10-11 à 1 s et 1.4x10-12 à 105 s. Ces performances de stabilité journalières sont compétitives avec celles des meilleures horloges microondes à micro-cellule.

Composition du jury :

Rodolphe BOUDOT, Chargé de recherche, Université Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse

Gaetano MILETI, Professor, Université de Neuchâtel, Rapporteur

Arnaud LANDRAGIN, Directeur de recherche, SYRTE, Rapporteur

Vincent GIORDANO, Directeur de recherche, Université Bourgogne Franche-Comté, Examinateur

Ghaya BAILI, Ingénieure de recherche, Thales TRT, Examinateur

Nicolas PASSILLY, Chargé de recherche, Université Bourgogne Franche-Comté, Co-Directeur de thèse

Localisation : SUPMICROTECH - ENSMM 26, rue de l'Épitaphe 25000 BESANCON - salle Amphithéâtre Jules Haag