Juliette BREUREC : "Horloge atomique compacte à cellule de césium de haute performance"

Résumé : Ce travail de thèse explore le potentiel de l’approche CPT (piégeage cohérent de population) pour réaliser des horloges atomiques microondes à cellule césium de haute stabilité.
Une caractérisation métrologique poussée sur une première horloge a tout d’abord été réalisée. Cette horloge exploite un schéma de pompage optimisé nommé push-pull optical pumping (PPOP) et une technique d’interrogation impulsionnelle (Ramsey-CPT ou SABR-CPT : Symmetric Auto-Balanced Ramsey). Une stabilité de fréquence à 1 s de 1×10^(-13) en mode Ramsey-CPT et de 2×10^(-13) en mode SABR-CPT a été démontrée. Pour évaluer les limitations de cette horloge, nous avons mesuré la dépendance de la fréquence d’horloge à un très grand nombre de paramètres expérimentaux et montré que le régime SABR-CPT permet une réduction drastique d’un grand nombre de coefficients de sensibilité. Un budget de stabilité à 1 jour de 3.5×10^(-14) est établi et nous identifions la température de composants optiques passifs, la fréquence laser, la puissance microonde et le champ magnétique comme contributions principales. Une dégradation des performances pour τ≥ 100 s a également été observée. De nombreuses investigations ont été menées pour en comprendre l’origine.
Une second horloge, d’architecture comparable mais plus compacte (banc optique < 10 L), a ensuite été étudiée. Suite à sa conception et son montage, de premières caractérisations ont été rapportées, incluant la spectroscopie de la résonance CPT en régime continu et Ramsey- CPT. Quelques mesures de déplacements de la fréquence d’horloge sont aussi rapportées. Une mesure préliminaire de stabilité relative de fréquence de cette horloge, au niveau de 1.5×10^(-11) à 1 s, et 2.5×10^(-12) à 10^5 s en Ramsey-CPT, est démontrée.

Composition du jury :

Rodolphe BOUDOT Directeur de recherche Université Marie et Louis Pasteur Directeur de thèse
Oriane LELIEVRE Ingénieure Thales AVS-MIS Examinateur
Caroline CHAMPENOIS Directrice de recherche Université d'Aix-Marseille Examinateur
Vincent GIORDANO Directeur de recherche Université Marie et Louis Pasteur Examinateur
Gaëtano MILETI Professeur Université de Neuchâtel Examinateur
Olivier LLOPIS Directeur de recherche LAAS-CNRS Rapporteur
Thomas ZANON-WILLETTE Maître de conférences Sorbonne Université Rapporteur

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