Génération de signaux micro-ondes pour la métrologie à partir de références et peignes de fréquences optiques

Microwave signal generation for metrology using optical references and frequency combs

• Auteur / Autrice : Jacques Millo
• Direction : Peter Wolf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 6
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Raimond
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Giorgio Santarelli, C.N. Man, S Webster
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Bondu, Vincent Giordano

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étalons atomiques de fréquence

Optique des microondes

Mesures microondes

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la réalisation d’un système de génération de signaux micro-ondes à haute stabilité de fréquence. De tels signaux sont obtenus en asservissant en phase un laser femtoseconde à fibre sur une référence de fréquence optique ultra-stable. On est ainsi capable de transférer la stabilité relative de fréquence d’une référence optique dans le domaine micro-onde. Des lasers ultra-stables ont d’abord été développés afin de servir de référence. Ils sont obtenus en asservissant en fréquence un laser sur une cavité Fabry-Perot. Une étude par calculs numériques puis expérimentale a permis de minimiser l’influence, sur les cavités, de la source de bruit dominante qu’est les vibrations. Grâce à cette démarche et à l’utilisation de miroirs de cavité en silice fondue, deux de ces lasers ultra-stables ont une stabilité relative de fréquence estimée à 4,1×10-16 @ 1 s. A partir du laser femtoseconde stabilisé sur l’un des lasers ultra-stable, un signal micro-onde à ~12 GHz est généré avec une stabilité de 3×10-15 à 1 s. Une horloge atomique à fontaine, interrogée avec ce signal, atteint une stabilité de 3,5×10-14τ-1/2, sa limite fondamentale imposée par le bruit de projection quantique. On montre ainsi que la contribution du bruit du signal d’interrogation sur la stabilité de l’horloge (effet Dick) est rendue négligeable. Enfin, la limitation ultime du processus de transfert de l’optique vers la micro-onde a été mesurée en utilisant la même référence optique pour deux lasers femtosecondes identiques. Après optimisation du système, elle a été évaluée au niveau de 2-3×10-16 entre 1 s et 10 s