Conception et élaboration de micro-capsules photoniques pour les références de fréquences et la photonique atomique

Conception and elaboration of photonic micro cell for optical references and atomic photonic

• Auteur / Autrice : Thomas Billotte
• Direction : Fetah Benabid, Benoît Debord
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes
• Date : Soutenance le 28/09/2021
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Laurence Pruvost
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fetah Benabid, Benoît Debord, Robin Kaiser, Simon Bernon, Benjamin Wetzel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurence Pruvost, Frédéric Du Burck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie d'absorption

Fibres monomodes

Photonique

Mots clés libres

Référence de fréquence

Fibre creuse

Spectroscopie sub-Doppler

Modes d’ordres supérieurs

Atomes confinés

Frequency reference

Hollow core fiber

Sub-Doppler spectroscopy

High order mode

Confined atoms

Résumé

Ces travaux portent sur la fabrication et l’optimisation de microcellules photoniques (PMC) à la fois dans le cadre des vapeurs moléculaire comme l’acétylène mais aussi alcaline comme le rubidium. La chaîne de fabrication complète de fabrication y est présentée en partant du design de la fibre creuse où nous avons choisi d’utiliser une fibre hybride tubulaire/Kagomé pour son large coeur, ses faibles pertes et son contenu monomode. Après avoir fabriqué cette fibre, nous présentons un procédé de remplissage et de fermeture avec le gaz souhaité ne souffrant d’aucune source de contamination. Cela nous a permis la fabrication d’une PMC à base d’acétylène présentant de faibles pertes à l’injection et un nouvel état de l’art en terme de pic par spectroscopie d’absorption saturée avec 19MHz de largeur et 30% de contraste. Nous poussons ensuite l’étude de la spectroscopie sub-Doppler en fonction du mode utilisé grâce à la fabrication d’une fibre guidant préférentiellement un mode d’ordre supérieur qui a pour conséquence l’obtention d’un contraste plus élevé et un décalage en fréquence du pic de transparence. Le deuxième axe de cette thèse tente d’appliquer aux vapeurs alcalines les procédés précédents et d’autre pour aller vers la première PMC totalement fibrée à vapeur de rubidium. Parmi ces pistes, on note l’utilisation de revêtements intra-fibre qui permettent de limiter l’adsorption du rubidium et sa réactivité ou encore améliorant ses propriété anti-relaxantes. La caractérisation de ces dépôts sur les parois du coeur de fibres creuses a été réalisée intra-fibre par une mesure de la relaxation de polarisation.

This work focuses on the fabrication and optimization of photonic microcells (PMCs) both in the context of molecular vapors such as acetylene but also alkaline such as rubidium. The complete production chain is presented there, starting from the hollow fiber design where we have chosen to use a tubular / Kagomé hybrid fiber for its large core, low losses and single mode content. After fabricating this fiber, we present a process for filling and closing with the desired gas that does not suffer from any source of contamination. This allowed us to manufacture an acetylene-based PMC with low injection losses and a new state of the art in terms of SAS peak with 19MHz of width and 30% of contrast. We then push the study of sub- Doppler spectroscopy according to the mode used thanks to the manufacture of a fiber preferentially guiding a higher order mode. It results in obtaining a higher contrast and a shift in frequency of the transparency peak. The second axis of this thesis attempts to apply to alkaline vapors the developed processes as well as another to tend to the first completely sealed PMC based on rubidium. Among these avenues, we note the use of in-fiber coating, which makes it possible to limit the adsorption of rubidium, its reactivity, or even having anti-relaxing properties. The characterization of these deposits on the walls of the hollow fiber core is in-fiber carried out with the observation of the polarization relaxation.