Grégoire COGET "Horloge atomique Cs à piégeage cohérent de population..."

Travaux de thèse de Grégoire COGET : "Horloge atomique Cs à piégeage cohérent de population avec protocole d’interrogation Auto-Balanced Ramsey"

Résumé : Cette thèse reporte une horloge atomique à cellule de césium de haute-performance basée sur le phénomène de piégeage cohérent de population (CPT). Cette horloge associe une diode laser DFB (à 895 nm, raie D1 du Cs), un modulateur électro-optique fibré, un modulateur acousto-optique, un système Michelson, une électronique bas bruit contrôlée par une carte FPGA et une cellule à vapeur de césium contenant un mélange de gaz tampon azote-argon. L’horloge exploite un schéma de pompage CPT optimisé nommé push-pull optical pumping (PPOP) permettant la détection de résonances CPT à fort contraste.
L’horloge repose sur l’exploitation d’un nouveau protocole d’interrogation pulsé nommé Auto-Balanced Ramsey (ABR). Ce dernier repose sur l’utilisation de deux séquences Ramsey avec des temps noirs de durées différentes. Ce dernier repose sur l’utilisation de deux séquences Ramsey avec des temps noirs de durées différentes.

La mise en place de ce protocole ABR-CPT, amélioré par la suite avec symétrisation (SABR-CPT), conduit à une réduction drastique des effets de déplacement lumineux, avec en particulier une diminution de la sensibilité de la fréquence d’horloge aux variations de puissance laser par un facteur 80 comparativement à une interrogation Ramsey-CPT conventionnelle. Cette horloge CPT démontre à ce jour une stabilité relative de fréquence de 2 10-13 τ -1/2, atteignant le niveau record (pour ce type d’horloge) de 2,5 10-15 à 104 s.

Des travaux annexes de spectroscopie laser en microcellules à vapeur de césium sont aussi reportés dans ce manuscrit. On notera en particulier la démonstration d’un laser stabilisé par spectroscopie sub-Doppler bi-fréquence dans une microcellule Cs avec une stabilité de fréquence préliminaire meilleure que 2 10-12 à 1 s. Ces performances sont 10 fois meilleures que celles de micro-horloges atomiques micro-ondes CPT.

Jury de thèse :

- M. GARRIDO ALZAR Carlos, Charge de recherche CNRS, HDR, SYRTE
- Mme. KNOOP Martina, Directrice de Recherche CNRS, Université Aix-Marseille
- M. NEZ François, Directeur de recherche CNRS, Laboratoire Kastler Brossel
- M. ESNAULT Francois-Xavier, Ingénieur CNES
- M. BOUDOT Rodolphe, Charge de recherche CNRS, HDR, FEMTO-ST, UBFC
 -M. GIORDANO Vincent, Directeur de recherche CNRS, FEMTO-ST, UBFC

Localisation : Amphithéâtre Gagnepain, FEMTO-ST, 15B Avenue des Montboucons - Besançon