Etude d'un gravimètre à atomes froids embarquable

Study of a cold atom gravimeter for onboard applications

• Auteur / Autrice : Fabien Lienhart
• Direction : Philip Tuckey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Encrenaz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philip Tuckey, Jacques Vigué, François Nez, Nicholas Lockerbie, Christian Jean Raoul Bordé, Bruno Desruelle
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jacques Vigué, François Nez, Nicholas Lockerbie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Niobate de lithium

Refroidissement

Atomes

Interférométrie atomique

Gravimètres

Résumé

L'interférométrie atomique permet de réaliser des capteurs inertiels absolus et de grande sensibilité. Un gravimètre embarquable présentant ces deux propriétés conjuguées serait exploitable dans de nombreuses applications : géologie, prospection pétrolière, guidage-navigation… Malheureusement, les dispositifs actuels de refroidissement atomique par laser sont trop sensibles aux perturbations environnementales. Le but de cette thèse est donc de développer des solutions robustes permettant le fonctionnement d'un gravimètre à atomes froids en conditions opérationnelles. Dans un premier temps, une évaluation prospective des performances de l'instrument embarqué a été réalisée. Cette évaluation a permis le dimensionnement du prototype. Dans un deuxième temps, un banc optique permettant de refroidir les atomes de Rubidium a été réalisé: ce dernier repose sur l'utilisation de sources Télécoms fibrées à 1560 nm, doublées en fréquence à l'aide de cristaux de Niobate de Lithium périodiquement retourné (PPLN). L'ensemble du dispositif tient dans une baie d'électronique, et a permis d'obtenir un piège magnéto-optique, même en présence de vibrations mécaniques importantes et de fortes variations de température (de 10 à 25°C en 30 minutes). Enfin, les faisceaux Raman ont été synthétisés à l'aide d'un modulateur électro-optique à 1560 nm, et des tests préliminaires ont été menés sur les atomes refroidis.

Atom interferometry is a very efficient technique to achieve both highly sensitive and absolute inertial sensors. An onboard gravimeter exploiting both advantages would be very helpful in many applications, such as geology, oil prospection or navigation… Unfortunately, state-of-the-art laser cooling techniques are too sensitive to environmental disturbances. This thesis aims at developing robust solutions allowing for a cold gravimeter to be operational in onvoard conditions. Firstly, a prospective evaluation of the performances of the onboard instrument was performed. It led to the design of our prototype, an optical bench for Rubidium cooling was built up: fibered Telecom lasers at 1560 nm were used, and second harmonic generation was achieved with Periodically Poled Lithium Niobate (PPLN). The whole system was installed in an electronic rack cabinet, and magneto-optical trapping was obtained, even in presence of mechanical vibrations anf strong thermal variations (from 10 to 25°C in 30 minutes). Finally, Raman beams were synthesized with a 1560 nm electro-optic modulator, and preliminary tests were performed on cold atomic clouds.