Reference de fréquence basée sur la spectroscopie de l'acétylène dans des fibres creuses et asservissement de phase optique basée sur une détection et rétroaction par FPGA

Frequency reference based on acetylene spectroscopy in hollow core fibers and optical phase locks using FPGA based detection and feedback.

• Auteur / Autrice : Guillaume Baclet
• Direction : Philippe Bouyer, Simon Bernon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Soutenance le 03/11/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Photonique, Numérique et Nanosciences (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Bloch
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Giorgio Santarelli, Fetah Benabid
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Bloch, Jean-François Clément

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acétylène

Réseaux logiques programmables par l'utilisateur

Lasers

Spectroscopie

Mots clés libres

Spectroscopie

Stabilisation

Laser

Fpga

Phase

Acetylene

Spectroscopy

Locking

Laser

Fpga

Phase

Acetylene

Résumé

Les expériences d'atomes froids ont fait progresser les domaines de la métrologie temps - fréquence ainsi que les capteurs quantiques au cours des dernières décennies. Les lasers asservis sur une référence de fréquence absolues sont nécessaires dans ces expériences pour adresser les transitions atomiques et manipuler les nuages d'atomes. Les perspectives que la portabilité de ces expériences peut offrir ont motivé le développement de références de fréquence portables. Dans ce travail, une référence de fréquence fibrée basée sur des fibres à cristaux photoniques à cœur creux est présentée. La spectroscopie de l'acétylène piégé dans la fibre en utilisant une spectroscopie de transfert de modulation est étudiée et la stabilité d'un asservissement de fréquence est caractérisée. L'application de cette technique offre de nombreux avantages tels que la compacité, la robustesse et la possibilité d'un système laser entièrement fibré utilisant des lasers télécoms. Cette approche vise à améliorer la portabilité et la robustesse dans une variété d'applications, y compris la navigation par satellite, la détection quantique et les réseaux de télécommunications.De plus, la thèse s'étend au développement d'une architecture pour une OPLL basé autour de FPGA, appliqué aux faisceaux Raman. Une architecture minimale vise à établir un verrouillage de phase à faible bruit, permettant une manipulation cohérente d'atomes froids, en utilisant un nombre réduit de composants tout en offrant la polyvalence d'une boucle de verrouillage de phase conçue numériquement.

AMO experiments have advanced the fields of precision metrology for time and frequency and quantum sensing in the last decades. Laser locked on accurate frequency reference are central to these experiments to adress atomic transition and manipulate the atomic clouds. The prospects that the portability of these experiments can offers have motivated the devellopement of portable frequency reference . In this work, a fibered frequency reference based on hollow-core photonic crystal fibers is presented. The spectrocopy of acetylene gas trapped in the fiber using a modulation transfer spectroscopy is studied and the stability of a frequency lock is characterised. The application of this technique offers numerous benefits such as compactness, robustness, and the capacity for a fully fibered laser system using telecom lasers. This approach aims to enhance portability and robustness in a variety of applications, including satellite navigation, quantum sensing, and telecommunications networks.Additionally, the thesis extends to developing an architecture for an OPLL based on FPGA, applied to Raman beams. A minimal architecture aims to establish low-noise phase lock, enabling cold atom coherent manipulation, using a reduced amount of components while offering the versatility of a digitally design phase lock loop.