Soutenances – Séminaires


  • 24 novembre 2017 (Paris) - Soutenance de thèse de Denis SAVOIE : "Fonctionnements continu et entrelacé d'un gyromètre à atomes froids et amélioration de sa stabilité"

    Denis Savoie soutiendra sa thèse le 24 novembre 2017 à 14h sur le sujet « Fonctionnements continu et entrelacé d’un gyromètre à atomes froids et amélioration de sa stabilité », préparée au laboratoire SYRTE sous la direction d’Arnaud Landragin et co-encadrée par Remi Geiger.

    La soutenance aura lieu dans l’amphithéâtre de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP).


  • 21 novembre 2017 (Paris) - Soutenance de thèse de Romain BOUCHAND : "Génération photonique de signaux micro-ondes très bas bruit de phase par peignes de fréquences optiques"

    Romain Bouchand soutiendra sa thèse le 21 novembre 2017 à 16h sur le sujet « Génération photonique de signaux micro-ondes très bas bruit de phase par peignes de fréquences optiques », préparée au laboratoire SYRTE sous la direction de Yann Lecoq.

    La soutenance aura lieu dans l’amphithéâtre de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP).

    La soutenance sera en anglais.

    Résumé :

    Les meilleurs oscillateurs dans le domaine micro-onde sont des systèmes encombrants ou requérant une maintenance fastidieuse ce qui freine leur utilisation pour des applications mobiles ou dans des environnements aux conditions difficiles. L’avènement des peignes de fréquences op- tiques, récompensés par un prix Nobel en 2005, a ouvert de nouvelles perspectives en permettant un transfert des qualités inégalées des sources optiques vers le domaine micro-ondes. Dans la technique utilisée au LNE-SYRTE, la division de fréquence optique, un signal micro-onde peut être extrait d’un laser ultra-stable dans l’infrarouge proche par photodetection, ce qui s’accompagne d’une réduction du bruit égale au carré du rapport des fréquences initiale et finale, soit plus de 8 ordres de grandeurs. Ce bénéfice est cependant réduit par différents processus collatéraux qui augmentent le niveau de bruit final. Le travail décrit dans cette thèse est la génération et la caractérisation du signal micro-onde le plus pur généré jusqu’à présent. Les différents processus introduisant un excès de bruit lors de la conversion opto-éléctronique sont étudiés et en partie surmontés. En particulier la conversion du bruit d’amplitude du laser femtoseconde vers la porteuse micro-onde est analysée en détail et son effet grandement réduit. Les résultats obtenus laissent penser que les techniques optiques de génération de micro-ondes vont bouleverser l’état de l’art. Les niveaux de pureté atteints et les techniques développées peuvent bénéficier un vaste éventail de domaines comme les radars mobiles, la métrologie temps-fréquence ou les prochaines générations de télécommunications à ultra-haut débit.

    Mots-clés : photonique micro-ondes, lasers ultra-stables, peignes de fréquences optiques, oscillateur bas bruit


  • 10 novembre 2017 (Paris) - Soutenance de thèse de Slawomir BILICKI : "Horloges à réseau optique au strontium : comparaisons d’horloges pour des applications en physique fondamentale et échelles de temps"

    Slawomir Bilicki soutiendra sa thèse le 10 novembre 2017 à 14h sur le sujet « Horloges à réseau optique au strontium : comparaisons d’horloges pour des applications en physique fondamentale et échelles de temps », préparée au laboratoire SYRTE sous la direction de Sébastien Bize et encadrée par Jérôme Lodewyck.

    La soutenance aura lieu dans l’amphithéâtre de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP).

    La soutenance sera en anglais.

    Résumé :

    Cette thèse est consacrée aux progrès récents des horloges à réseau optique au strontium du LNE-SYRTE, Observatoire de Paris. L’incertitude systématique et la stabilité des horloges optiques sont 2 ordres de grandeur meilleures que les horloges atomiques micro- ondes au césium qui réalisent la seconde SI, bénéficiant maintenant a des applications en physique fondamentale, astronomie et géosciences. Dans un futur proche, une redéfinition de la seconde SI est attendue, quand les horloges optiques se seront révélées aussi fiables et reproductibles que les horloges a micro-ondes. La thèse présente trois étapes décisives dans cette direction. Nous présentons un fonctionnemment opération quasi-continu de nos horloges Sr pendant plusieurs semaines. Des comparaisons de fréquences locales et à distance avec diverses références de fréquence micro-ondes et optiques montrent que les horloges optiques sont reproductibles par des laboratoires indépendants. Nous avons démontré un premier réseau tout optique entre des horloges optiques à l’échelle continentale. Les horloges au Sr ont été utilisées pour préparer 5 rapports de calibration du Temps Atomique International (TAI) qui ont été validés par le BIPM comme première contribution au TAI par des horloges optiques. Certains de ces résultats ont été utilisés pour borner l’amplitude d’une possible violation de l’invariance de Lorentz analysant les com- paraisons d’horloges distantes. Enfin, nous avons effectué une caractérisation complète des déplacements de fréquence associés aux sources laser à semiconducteur utilisées pour le piégeage des atomes dans l’optique d’applications pour des horloges transportables et spatiales.


  • 26 octobre 2017 (Paris) - Soutenance de thèse de Hélène FLEURBAEY : "Métrologie de la fréquence de transition 1S-3S dans l'hydrogène : contribution au débat sur le rayon de charge du proton"

    Hélène Fleurbaey soutiendra sa thèse le 26 octobre 2017 à 14h sur le sujet « Métrologie de la fréquence de transition 1S-3S dans l’hydrogène : contribution au débat sur le rayon de charge du proton », préparée au Laboratoire Kastler Brossel sous la direction de François Nez.

    La soutenance aura lieu dans l’amphithéâtre Durand sur le campus Jussieu de l’Université Pierre et Marie Curie (4 place Jussieu, 75005 Paris).

    La soutenance sera en anglais.

    Résumé :

    La mesure précise de la fréquence de la transition 1S-3S de l’atome d’hydrogène est d’un grand intérêt pour l’énigme du rayon de charge du proton, qui a pour origine les résultats récents de la spectroscopie de l’hydrogène muonique.
    Nous excitons la transition à deux photons 1S-3S, dans un jet d’atomes d’hydrogène, à l’aide d’un laser continu à 205 nm obtenu par somme de fréquences dans un cristal non-linéaire. La fréquence de la transition est mesurée par rapport à l’horloge à césium du LNE-SYRTE à l’aide d’un peigne de fréquence.
    L’enregistrement du signal pour différentes valeurs d’un champ magnétique appliqué permet d’estimer la distribution de vitesse des atomes du jet et d’en déduire l’effet Doppler du deuxième ordre. Les autres effets systématiques qui déplacent la transition ont été pris en compte : interférence quantique, déplacement lumineux, collisions. Une étude systématique en fonction de la pression a permis de montrer que la distribution de vitesse ne dépend pas de la pression et de déterminer le déplacement collisionnel.
    Finalement, une valeur de la fréquence de transition 1S-3S est obtenue avec une incertitude d’environ 5 kHz, ou 1,7 10^-12 en valeur relative.
    Elle est en très bon accord avec la valeur recommandée par le CODATA. Cette nouvelle mesure contribue à la recherche autour de l’énigme du rayon du proton.


  • 20th of October 2017 (Torino, Italy) - PhD defense of Carolina CARDENAS: "Digital Instrumentation for the Measurement of High Spectral Purity Signals"

    Carolina Cárdenas will defend her thesis on 20th october 2017 on the subject « Digital Instrumentation for the Measurement of High Spectral Purity Signals », realized at FEMTO-ST Institute under the supervision of Enrico Rubiola.

    The defense will take place at Politecnico di Torino (Torino, Italy).

    The defense will be in english.

    Abstract:

    Improvements on electronic technology in recent years have allowed the application of digital techniques in time and frequency metrology where low noise and high accuracy are required, yielding flexibility in systems implementation and setup. This results in measurement systems with extended capabilities, additional functionalities and ease of use.
    The Analog to Digital Converters (ADCs) and Digital to Analog Converters (DACs), as the system front- end, set the ultimate performance of the system in terms of noise. The noise characterization of these components will allow performing punctual considerations on the study of the implementation feasibility of new techniques and for the selection of proper components according to the application requirements. Moreover, most commercial platforms based on FPGA are clocked by quartz oscillators whose accuracy and frequency stability are not suitable for many time and frequency applications. In this case, it is possible to take advantage of the internal Phase Locked Loop (PLL) for generating the internal clock from an external frequency reference. However, the PLL phase noise could degrade the oscillator stability thereby limiting the entire system performance becoming a critical component for digital instrumentation. The information available currently in literature, describes in depth the features of these devices at frequency offsets far from the carrier. However, the information close to the carrier is a more important concern for time and frequency applications.
    In this frame, my PhD work is focused on understanding the limitations of the critical blocks of digital instrumentation for time and frequency metrology. The aim is to characterize the noise introduced by these blocks and in this manner to be able to predict their effects on a specific application. This is done by modeling the noise introduced by each component and by describing them in terms of general and technical parameters. The parameters of the models are identified and extracted through the corresponding method proposed accordingly to the component operation. This work was validated by characterizing a commercially available platform, Red Pitaya. This platform is an open source embedded system whose resolution and speed (14 bit, 125 MSps) are reasonably close to the state of the art of ADCs and DACs (16 bit, 350 MSps or 14 bit, 1 GSps/3GSPs) and it is potentially sufficient for the implementation of a complete instrument. The characterization results lead to the noise limitations of the platform and give a guideline for instrumentation design techniques.
    Based on the results obtained from the noise characterization, the implementation of a digital instrument for frequency transfer using fiber link was performed on the Red Pitaya platform. In this project, a digital implementation for the detection and compensation of the phase noise induced by the fiber is proposed. The beat note, representing the fiber length variations, is acquired directly with a high speed ADC followed by a fully digital phase detector. Based on the characterization results, it was expected a limitation in the phase noise measurement given by the PLL. First measurements of this implementation were performed using the 150 km-long buried fibers, placed in the same cables between INRiM and the Laboratoire Souterrain de Modane (LSM) on the Italy-France border. The two fibers are joined together at LSM to obtain a 300 km loop with both ends at INRiM. From these results the noise introduced by the digital system was verified in agreement with characterization results. Further test and improvements will be performed for having a finished system which is intended to be used on the Italian Link for Frequency and Time from Turin to Florence that is 642-km long and to its extension in the rest of Italy that is foreseen in the next future.
    Currently, a higher performance platform is under assessment by applying the tools and concepts developed along the PhD. The purpose of this project is the implementation of a state of the art phasemeter whose architecture is based on the DAC. In order to estimate the ultimate performance of the instrument, the DAC characterization is under development and preliminary measurements are also reported here.


  • 11 octobre 2017 (Paris) - Soutenance de thèse de Maxime FAVIER : "Mercury optical lattice clock: from high-resolution spectroscopy to frequency ratio measurements"

    Maxime Favier soutiendra sa thèse le 11 octobre 2017 à 14h sur le sujet « Mercury optical lattice clock: from high-resolution spectroscopy to frequency ratio measurements », préparée au SYRTE sous la direction de Sébastien Bize et encadrée par Sébastien Bize et Luigi De Sarlo.
    La soutenance aura lieu en Salle des séminaires (sous-sol) de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP) au 98 bis boulevard Arago, 75014 Paris, devant un jury composé de Martina Knoop, Leonardo Fallani, Thomas Udem, Philippe Grangier et Jean-Michel Raimond.

    La soutenance sera en anglais.

    Résumé :
    L’objet de cette thèse est le développement d’un étalon de fréquence optique basé sur l’atome de mercure 199Hg piégé dans un réseau optique. Nous présenterons le dispositif expérimental, les améliorations apportées au cours de la thèse qui ont permis d’effectuer la spectroscopie de la transition doublement interdite 1S0 -> 3P0 du mercure dans le domaine ultraviolet avec une résolution de l’ordre du Hz. Une telle résolution nous a permis de mener une étude approfondie des effets physiques affectant la fréquence de la transition d’horloge. Cette étude a permis un gain d’un facteur 60 sur la connaissance de la fréquence de la transition d’horloge, et de pousser l’incertitude au delà de la réalisation de la seconde SI par les étalons de fréquence basés sur le césium.
    Enfin nous présenterons les résultats de plusieurs campagnes de comparaison entre notre étalon au mercure et d’autres horloges de très haute précision fonctionnant dans le domaine optique ainsi que dans le domaine micro-onde.


  • 4 octobre 2017 (Paris) - Soutenance de thèse de Théo LAUDAT : "Spontaneous spin squeezing in a spinor Bose-Einstein condensate trapped on an atom chip"

    Théo Laudat soutiendra sa thèse de doctorat le Mercredi 04 octobre 2017 à 14h sur le sujet « Spontaneous spin squeezing in a spinor Bose-Einstein condensate trapped on an atom chip », préparée au SYRTE sous la direction de Noel Dimarcq et encadrée par Peter Rosenbusch, Carlos Garrido Alzar et Jakob Reichel.

    La soutenance aura lieu en Salle des séminaires (sous-sol) de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP) au 98 bis boulevard Arago, 75014 Paris, devant un jury composé de Isabelle Bouchoule, Christian Gross, Alice Sinatra, Jean-Philippe Brantut et Jocelyne Guéna.

    La soutenance sera en anglais.

    Résumé :

    Dans ce manuscrit, nous présentons une étude expérimentale du phénomène de compression de spin dans un condensat de Bose-Einstein de 87Rb, résultant d’une interaction non-linéaire provenant de collisions entre les deux états internes |F = 1,mF = −1 > et |F = 2,mF = 1 > de l’état fondamental 52S1/2. Les atomes sont refroidis dans un piège magneto-optique, puis piégés magnétiquement à l’aide de notre puce à atomes jouant le rôle de parois supérieure pour notre enceinte à vide. La puce est aussi utilisée pour émettre le champ radiofréquence permettant le refroidissement évaporatif conduisant à la condensation de Bose-Einstein, ainsi que le champ micro-onde qui réalise le transfert cohérent des atomes d’un état interne à un autre. L’ensemble atomique est décrit par le Hamiltonien « textitone-axis-twisting » qui contient un terme quadratique en la composante selon l’axe z du vecteur de spin atomique Sz. L’amplitude de cette interaction non-linéaire, initialement très faible, dépend des longueurs de diffusion des états internes considérés, et peut être grandement augmentée en réduisant le recouvrement des fonctions d’onde. C’est pourquoi le système est placé  dans une configuration particulière (grand nombre d’atomes et piège anisotrope de type « cigare ») pour laquelle les deux états vont alterner des phases de séparation et recombinaison spatiale. L’impact de cette dynamique spatiale sur l’interaction de champ moyen et la cohérence du système est analysé expérimentalement à travers l’étude du contraste et de la fréquence centrale d’un interféromètre de Ramsey. Théoriquement, lorsque les deux états sont séparés, la distribution de spin se transforme d’une distribution circulaire régie par le bruit de projection quantique, en une ellipse dont le petit axe est inférieur à la limite quantique standard, sous l’effet de l’interaction en S2z . Ceci est vérifié expérimentalement en réalisant la tomographie de l’état atomique au moment où les deux modes internes se recombinent. Un paramètre de compression de spin xi2 = −1.3pm0.4 dB est ainsi obtenu pour 5000 atomes et un contraste de 90%. L’étude des différentes sources d’instabilités a permis
    d’identifier les pertes atomiques comme limitation principale de la compression de spin et du contraste de l’interféromètre. Ce travail s’inscrit dans le contexte de la métrologie quantique et représente un pas vers la production d’états comprimés en spin permettant la réalisation d’interféromètres atomiques fonctionnant sous la limite quantique standard. La question de la cohérence d’un condensat bimodal soumis à de nombreuses collisions élastiques et inélastiques est aussi adressée.


  • 21 septembre 2017 (Paris) - Soutenance de thèse de Charles PHILIPPE : "Source laser à 1.5 µm stabilisée en fréquence sur l'iode moléculaire"

    Charles PHILIPPE soutiendra sa thèse le 21 septembre 2017 à l’IAP (Paris) sur le sujet « Source laser à 1.5 µm stabilisée en fréquence sur l’iode moléculaire ».

    Les travaux ont été effectués au SYRTE sous la direction de Ouali ACEF et Peter WOLF.

     

    Résumé :

    Cette thèse porte sur le développement d’un dispositif laser à 1,54 µm, triplé en fréquence et stabilisé sur une transition hyperfine de l’iode moléculaire au voisinage de 514 nm.

    Une partie importante de ce travail est consacrée au triplage de la fréquence d’une diode laser à 1,54 µm, en utilisant deux cristaux non linéaires de Niobate de lithium en structure guide d’onde (PPLN), fibrés. Une efficacité de conversion non linéaire P3w/Pw > 36 % a été obtenue, constituant le meilleur rendement jamais démontré pour un processus de triplage de fréquence en mode continu. Une puissance harmonique de 300 mW a été ainsi générée à 514 nm, à partir d’une puissance fondamentale de 800 mW à 1,54 µm. Le banc optique est totalement fibré, et la puissance électrique totale consommée, nécessaire pour réaliser le triplage de fréquence, n’est que de 20 W. Selon un mode opératoire spécifique, ce dispositif laser permet de fournir simultanément trois radiations intenses, stabilisées en fréquence, à 1.54 µm, 771 nm et 514 nm.

    Suite à ce développement, un banc de spectroscopie laser très compact a été mis en place, basé sur une courte cellule en quartz scellée, contenant une vapeur d’iode moléculaire. Une puissance optique < 10 mW dans le vert est suffisante pour détecter les transitions hyperfines de l’iode, de grand facteur de qualité au voisinage de 514 nm (Q > 2×109).

    Une stabilité de fréquence de 4,5 x 10-14 t-1/2 avec un minimum de 6 x 10-15 de 50 s à 100 s a été démontrée dans le cadre de cette étude. Cette stabilité de fréquence constitue la meilleure performance jamais conférée à une source laser à 1,5 µm à l’aide d’une vapeur atomique, en utilisant une technique simple d’interrogation sub-Doppler.

    Cette étude a permis d’identifier les points clés permettant de mettre en place dans le futur proche, un dispositif laser stabilisé, totalement fibré, d’un volume < 10 litres.

    Ce développement pourrait répondre aux besoins de nombreux projets spatiaux nécessitant des liens optiques ultrastables en fréquence, inter-satellites ou bord-sol, pour la géodésie spatiale (GRICE), la mesure du champ gravitationnel terrestre (GRACE FO), la détection d’ondes gravitationnelles (NGGM, LISA),  etc. …

     

    Mots Clés :

    Métrologie, asservissement en fréquence, horloge optique à iode, laser ultra-stable, optique non-linéaire, triplage de fréquence, laser Télécom, 1,5 µm, 514 nm, spatial.


  • 5 septembre 2017 (Le Mans) - Soutenance de thèse de Paulo DE OLIVEIRA: "Définition et Mise en Oeuvre d’un Nouveau Service de Positionnement Précis par GNSS"

    Soutenance de thèse de Paulo de Oliveira, doctorant CIFRE de l’entreprise Geodata Diffusion (Hexagon Geosystems), du laboratoire GeF (Géomatique & Foncier) et du PPGCC (Programa de Pós-graduação em Ciências Cartográficas), présentera ses travaux de recherche en vue de l’obtention du titre de docteur du Cnam (Conservatoire National des Arts et Métiers) et de Unesp (l’Université de Sao Paulo), à l’occasion d’une soutenance publique qui aura lieu le :
    05 septembre 2017 à 14 heures, à l’Université du Mans (maison de l’université, salle des conseils), sur le sujet :
    Définition et Mise en OEuvre d’un Nouveau Service de Positionnement Précis par GNSS

    => Résumé des travaux


  • 30 juin 2017 (Palaiseau) - Soutenance de thèse de Nicolas Von Bandel : "Développement et étude de diodes laser à faible bruit émettant à 894 nm pour horloges atomiques compactes au Césium"

    Nicolas VON BANDEL soutiendra sa thèse le 30 juin 2017 au III-V Lab (Palaiseau) sur le sujet « Développement et étude de diodes laser à faible bruit émettant à 894 nm pour horloges atomiques compactes au Césium ». Ce travail a été réalisé en collaboration entre l’Institut d’Electronique et des Systèmes (Montpellier) et III-V Lab (Palaiseau).

    Résumé :

    Ce travail de thèse porte sur la conception, la réalisation et l’étude de sources laser à semi-conducteur de haute cohérence, émettant à 894 nm, pour application aux horloges atomiques à Césium compactes, pompées optiquement. Nous nous intéressons plus particulièrement aux lasers à émission par la tranche, dits ”Distributed-Feedback” (DFB), pompés électriquement. L’objectif est d’obtenir un laser monomode en fréquence, à faible seuil, à rendement optique élevé et de largeur de raie inférieure à 1 MHz. Nous traitons d’abord de la conception et de la caractérisation au 1er ordre des diodes DFB, jusqu’à leur mise en modules pour horloge, puis nous effectuons une étude approfondie des propriétés physiques de l’émission laser en terme de cohérence temporelle, en introduisant une nouvelle méthode universelle de caractérisation du bruit de fréquence optique. Enfin, nous nous intéressons aux propriétés spectrales de l’émission en configuration d’asservissement sur une raie de fluorescence du Césium (”Dither-Locking”). Nous montrons que les propriétés intrinsèques du composant satisfont aux exigences du système industriel tel qu’il a été défini lors de l’étude.

     


  • 1er Juin 2017 (Besançon) - Soutenance de thèse de Moustafa Abdel Hafiz : "Development and metrological characterization of a high-performance Cs cell atomic clock based on coherent population trapping"

    Moustafa ABDEL HAFIZ soutiendra sa thèse le 1er juin 2017 à l’ENSMM (Besançon) sur le sujet « Development and metrological characterization of a high-performance Cs cell atomic clock based on coherent population trapping ».
    Les travaux ont été effectués à FEMTO-ST sous la direction de Rodolphe BOUDOT et Vincent GIORDANO. Ce doctorat a été cofinancé par FIRST-TF.

     

    Résumé :
    Ce travail de thèse, financé par le LabeX FIRST-TF et la Région de Franche-Comté, effectuée dans le cadre du projet européen MClocks (http://www.inrim.it/mclocks), reporte le développement et la caractérisation métrologique d’une horloge atomique à cellule de césium de haute performance basée sur le phénomène de piégeage cohérent de population (CPT). Cette horloge atomique, avec un fort potentiel de compacité et à vocation future industrielle, pourrait trouver à terme des applications pour les systèmes de télécommunications, d’instrumentation, de défense ou navigation par satellite.
    Cette horloge combine une diode laser DFB accordée sur la raie D1 du césium (894.6 nm), un modulateur électro-optique Mach-Zehnder fibré, un modulateur acousto-optique, un système Michelson, une cellule à vapeur de césium avec gaz tampon et un bloc électronique. L’horloge exploite un schéma de pompage CPT optimisé, nommé push-pull optical pumping (PPOP), permettant la détection de résonances CPT à fort contraste sur la transition d’horloge 0-0. Une caractérisation métrologique détaillée des différents éléments-clés de l’horloge fut menée.
    En premier lieu, l’horloge fut exploitée en mode continu (CW). En second lieu fut implémentée une technique d’interrogation pulsée type Ramsey dans laquelle les atomes interagissent avec une séquence d’impulsions lumineuses CPT séparées par un temps d’évolution libre TR dans le noir, conduisant à la détection de franges de Ramsey-CPT. Dans les deux modes de fonctionnement (CW et pulsé), l’horloge démontre à ce jour une stabilité relative de fréquence court terme de l’ordre de 2 10-13 τ-1/2 jusque 100 s d’intégration, principalement limitée par des effets de puissance laser. Les travaux futurs viseront à améliorer la stabilité de fréquence moyen et long terme de l’horloge. Notons en ce sens qu’il fut mesuré que l’interaction pulsée permet de réduire significativement la sensibilité de la fréquence d’horloge aux variations de puissance laser, en particulier pour les fortes valeurs de TR.
    Ce travail de thèse a conduit à la mise en place d’une technique originale de stabilisation de fréquence laser par spectroscopie sub-Doppler bi-fréquence en cellule. Une étude expérimentale et théorique, menée en profondeur en étroite collaboration avec E. De Clercq (LNE-SYRTE) et D. Brazhnikov (ILP, Novossibirsk), fut menée pour identifier les phénomènes physiques complexes mis en jeu dans ce type de schéma, mettant en avant la contribution significative d’états noirs CPT et d’effets de pompage optique. Cette technique a permis un gain significatif d’un ordre de grandeur sur la stabilité de fréquence du laser, impactant directement sur la stabilité de fréquence d’horloge.
    Enfin, il est à noter que la plateforme constituée par l’horloge a été utilisée au cours de la thèse pour mener des tests de physique plus amont, incluant par exemple la caractérisation par spectroscopie CPT d’une cellule de césium avec un revêtement anti-relaxant OTS (octadecyltrichlorosilane) ou le test de microcellules à vapeur de césium développées à FEMTO-ST.


  • 8 Décembre 2016 (Palaiseau) - Soutenance de thèse de Paul Dumont : "Laser à semiconducteur pompé optiquement bifréquence pour les horloges atomiques à piégeage cohérent d’atomes de césium "

    Paul Dumont soutiendra sa thèse le 8 décembre 2016 à 13h30 à l’Institut d’Optique (Palaiseau) sur le sujet « Laser à semiconducteur pompé optiquement bifréquence pour les horloges atomiques à piégeage cohérent d’atomes de césium « . Les travaux ont été réalisés au LCF – Laboratoire Charles Fabry sous la direction de Gaëlle Lucas-Leclin et Patrick Georges. Cette thèse a été cofinancée par FIRST-TF.

     

    Résumé : Les horloges atomiques à piégeage cohérent de population (CPT) constituent
    aujourd’hui un outil idéal pour la réalisation de références de fréquence stables, compactes et
    à faible consommation énergétique. Dans le cas des horloges à base de césium, elles nécessitent
    l’utilisation d’un champ laser bifréquence à 895 nm (raie D1) ou à 852 nm (raie D2) et dont
    la différence entre les fréquences optiques est égale à 9,19 GHz, soit l’écart entre les niveaux
    hyperfins du niveau fondamental. Nous proposons une nouvelle solution pour générer ce champ
    laser, à partir d’un unique laser à semiconducteur pompé optiquement et à émission bipolarisée et bifréquence.
    Dans ce manuscrit, nous étudions la conception d’une telle source dont l’émission est accordable
    en fréquence sur la transition D2 du césium. Nous détaillons tout particulièrement le
    choix des éléments intracavité et de la structure semiconductrice utilisée. Nous décrivons ensuite
    la mise en oeuvre expérimentale et la caractérisation d’un prototype. Nous présentons les deux
    boucles d’asservissement que nous avons mises en place pour verrouiller la fréquence optique
    du laser sur la transition du césium, et la diférence de fréquence sur la fréquence délivrée par
    un oscillateur local. Nous effectuons une modélisation et une caractérisation complète des trois
    types de bruits du laser, à savoir le bruit d’intensité, le bruit de fréquence optique, et le bruit de
    phase du signal généré par battement entre les modes laser. Enfin, nous montrons les premiers
    résultats expérimentaux de piégeage cohérent d’atomes de césium réalisé avec le prototype et
    étudions les caractéristiques du signal obtenu. Finalement nous établissons un budget de bruit
    d’une horloge CPT, en nous appuyant sur l’estimation de l’impact de chacun des bruits laser pré-cédemment étudiés. Après avoir identifié les limites du système actuel, nous proposons quelques
    pistes d’améliorations du laser bifréquence, reposant sur la réduction du bruit d’intensité laser
    et sur la modication de la structure semiconductrice.


  • 2 Décembre 2016 (Toulouse) - Soutenance HDR de Félix Perosanz : "La contribution des systèmes de navigation par satellites aux géosciences"

    Félix Perosanz soutiendra son Habilitation à Diriger des Recherches le 2 décembre 2016 à 13h30 salle Coriolis, Observatoire Midi Pyrénées, 14 av. Edouard Belin à Toulouse.

    Sur le sujet  » La contribution des systèmes de navigation par satellites aux géosciences ».

     

    Résumé : Si les systèmes de navigation par satellite comme le GPS ont intégré notre quotidien, ils ont aussi bouleversé le monde des géosciences et celui de la géodésie en particulier. Cette science qui a pour objet de réaliser des systèmes de référence et de mesurer la forme, les déformations et l’orientation de la Terre, joue un rôle fondamental dans l’appréhension du système Terre et de son évolution. L’exposé fera la synthèse de mes 20 années de recherche consacrées au traitement géodésique de données GNSS avec le logiciel GINS du CNES/GRGS. J’exposerai notamment pourquoi l’idée que notre équipe devienne « Centre d’Analyse » de « l’International GNSS Service » s’est imposée et comment j’ai œuvré (en partenariat avec la société CLS) pour que cela devienne une réalité. Les traitements qui sont réalisés en routine depuis 2010 pour le compte de ce service ont la spécificité de produire des solutions d’orbite/horloge des satellites conservant la « propriété entière » des mesures de phase GPS. L’utilisation de ces produits donne ainsi accès au mode de « Positionnement Ponctuel Précis » avec fixation des ambiguïtés de phase (IPPP) qui s’impose aujourd’hui comme une alternative au mode classique différentiel (qui a l’inconvénient de nécessiter des stations de référence). L’intérêt d’un nombre croissant de laboratoires pour ce mode de positionnement IPPP avec nos logiciels et produits a été à l’origine de nombreuses coopérations scientifiques et de co-encadrement d’étudiants. Mon exposé sera illustré par des résultats issus d’études variées sur la déformation de glaciers, le niveau des océans, la réalisation de « profils en long » de fleuves, la propagation d’ondes sismique ou encore le transfert de fréquence entre horloges atomiques. J’aborderai enfin les principaux thèmes de prospective de mes futures activités dont l’objectif est de poursuivre l’amélioration des traitements GNSS au service des géosciences en incluant notamment les données du système Européen Galileo.

     

    Le jury sera composé de :

    Olivier Vanderhaeghe, GET/UPS (Président)

    Zuheir Altamimi, IPGP/LAREG (Rapporteur)

    Pierre Briole, ENS Paris (Rapporteur)

    Pierre Exertier, OCA/Géoazur (Rapporteur)

    Andrea Walpersdorf, ISTerre (Examinatrice)

    Richard Biancale, GET/CNES (Tuteur)


  • 30 novembre 2016 (Paris) - Séminaire de Frank Quinlan (NIST, USA) : "Optical to RF frequency generation with optical frequency combs"

    Séminaire du Laboratoire Kastler Brossel aura lieu le mercredi 30 novembre à 13h45 dans la salle 2 au Collège de France, Paris.

    The most frequency-stable electromagnetic radiation is now produced optically, with stable reference cavities demonstrating fractional frequency instabilities below 10^-16 at 1 second and optical clocks reaching 10^-18 at 10^4 seconds. This talk will cover recent work at NIST using optical frequency combs to transfer this stability across the optical domain at the level of 10^-18 at 1 second, as well as into the RF, microwave, and mm-wave domains at the level of 10^-15 to 10^-17 at 1 second. In addition to the optical frequency combs themselves, elements of compact ultrastable optical cavities, high-speed photodetection and broadband electronic synthesis will also be discussed.


  • 29 novembre 2016 (Besançon) - Soutenance de thèse de Nikolay Vorobiev : "Miniaturisation des oscillateurs OCXO pour applications spatiale"

    La soutenance effectuée à FEMTO-ST dont seulement une partie sera publique, aura lieu le mardi 29 novembre 2016 à 14h, dans l’amphithéâtre Mesnage, ENSMM, 26 rue de l’Epitaphe, Besançon.

     

    Cette thèse présente le travail effectué sur la conception d’un oscillateur à quartz miniature (volume visé de 1 cm3) contrôlé en température. Les équipements de télémétrie, poursuite et contrôle tels que ceux utilisés dans les microsatellites (comme Myriades) sont d’un volume très important (8 litres). Des équipements avec un volume 8 fois moindre (1 litre) sont envisagés sur les pico et nano satellites. Une réduction drastique du volume et de la consommation est donc nécessaire, à performances égales. Elle nécessite une remise en question de l’ensemble des éléments composant l’équipement dont le micro-oscillateur, tant au niveau volume qu’au niveau consommation d’énergie. Les études préliminaires ont servis à définir le résonateur adapté pour satisfaire les spécifications de stabilité demandées. La simulation thermique d’un modèle d’oscillateur OCXO (Oven Controlled Xtal Oscillator) ont permis d’obtenir une bonne compréhension des transferts de chaleur dans le dispositif. La réduction des pertes thermiques et l’augmentation de la stabilité thermique du résonateur étaient les principaux défis. La dilatation thermique du résonateur entraine des contraintes mécaniques au niveau de ses fixations et décale la fréquence de résonance. Un MEMS en silicium a été conçu pour supporter le résonateur à l’aide de simulations thermomécaniques. Ce support est compatible avec les contraintes de faible consommation et de sensibilité thermique tout en gardant une bonne résistance aux chocs. En ce qui concerne l’électronique, une puce ASIC utilisée depuis plusieurs années a été caractérisée pour établir un modèle numérique. Cette étude a dévoilé les facteurs limitants des performances de l’ensemble et permis d’envisager des solutions correctives. En intégrant dans la démarche les coûts de fabrication, l’utilisation d’un ASIC a été écartée (au moins provisoirement) au profit d’une solution exploitant des composants électroniques du commerce. Enfin, un démonstrateur de module physique miniature a été monté et caractérisé. Les résultats de mesures montrent que la consommation du démonstrateur reste inférieure à la spécification demandée. L’importance de la participation du rayonnement dans les échanges thermiques a aussi été validée expérimentalement.

    Mots-clés : résonateur acoustique, quartz, OCXO, oscillateur, bruit de phase, régulation en température, effet force-fréquence, modélisation thermomécanique, miniaturisation.


  • 18 novembre 2016 (Paris) - Soutenance de thèse de Satyanarayana BADE : "Propagation of atoms in a magnetic waveguide on a chip"

    La soutenance aura lieu le vendredi 18 novembre 2016 à 14h, dans l’amphithéâtre de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP). L’entrée se fera 77, Avenue Denfert-Rochereau, 75014 Paris.

    Elle sera en anglais.

     

    Dans cette thèse, nous étudions la propagation d’atomes dans un guidemagnétique toroïdal, dans le but de développer un capteur inertiel. Ici, nous présentonsdifférentes stratégies pour créer un guide sur une puce à atomes pour un interféromètreSagnac à atomes guidés. Nous avons mis au point trois solutions quipeuvent être réalisées avec la même configuration des fils. Elles utilisent la techniquede modulation de courant avec un nouveau point de vue qui traite simultanément laproblème de la rugosité des fils, ainsi que les pertes de Majorana par retournementde spin. L’effet de la propagation multimode des atomes dans le guide est aussiquantifié dans cette thèse. En utilisant un modèle simple, nous avons couvert lescas de la propagation d’un gaz ultra froid sans interactions et d’un gaz thermique.Nous avons identifié les conditions opérationnelles pour réaliser un interféromètre àatomes froids avec une grande gamme dynamique, essentielle pour les applicationsen navigation inertielle. Expérimentalement, cette thèse décrit la réalisation et lacaractérisation d’une source d’atomes froids proche d’un miroir en or microfabriqué,ainsi que la réalisation et la caractérisation des systèmes de détection.


  • 4 novembre 2016 (Paris) - Soutenance de thèse de Pierre Gillot : "Stabilité long terme d'un gravimètre atomique et limite de la technique de rejet des effets systématiques"

    La soutenance aura lieu le vendredi 4 novembre 2016 à 14h, dans l’amphithéâtre de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP). L’entrée se fera 77, Avenue Denfert-Rochereau, 75014 Paris.

     

    Ce travail, a été installée au LNE à Trappe sous la supervision de Franck Pereira Dos Santos et encadré par Sébastien Merlet

     

    Cette thèse porte sur l’amélioration des performances du CAG, le gravimètre atomique développé au SYRTE. Cet instrument exploite des techniques d’interférométrie atomique pour mesurer l’accélération locale de la pesanteur g subit par un nuage d’atomes froids de 87Rb en chute libre. Les perfectionnements comme l’asservissement des puissances des faisceaux Raman et l’optimisation des paramètres tels que ceux pilotant la détection sont présentés dans ce manuscrit. La position initiale du nuage, sa vitesse moyenne, son expansion balistique dans les faisceaux Raman ainsi que leur évolution, sont autant de paramètres altérant les performances du CAG. Les inhomogénéités de couplage qui en résultent, modifient la symétrie de la fonction de sensibilité de l’interféromètre et le rendent sensible aux désaccords Raman constants. De plus, les désaccords Raman de type Doppler ne peuvent voir leur effet annulé par la technique de mesure mise en place pour rejeter les effets systématiques. L’asymétrie de l’interféromètre a été mesurée et une méthode pour la compenser est proposée. Enfin, plusieurs comparaisons avec différents gravimètres sont présentées. La comparaison internationale CCM.G-K2 a permis de confirmer l’exactitude du CAG, révélant notamment un écart type d’Allan de 5,710-9g/Hz1/2. Finalement, une session de mesure d’un mois en vue commune avec un gravimètre supraconducteur iGrav est étudiée. Elle a permis la détermination du facteur d’échelle de l’iGrav à 0,1% dès un jour de mesure et 0,02% en moins d’un mois. L’écart type d’Allan sur le résidu du signal entre les gravimètres atteint alors 610-11g après 12h de mesure.


  • 3 novembre 2016 (Paris) - Soutenance de thèse de Cyrille SOLARO "Interféromètres atomiques piégés : du régime dilué au régime dense"

    La soutenance aura lieu le jeudi 3 novembre 2016 à 14h, dans l’amphithéâtre de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP). L’entrée se fera 77, Avenue Denfert-Rochereau, 75014 Paris.

     

    Ce travail, a été préparé au SYRTE sous la supervision de Franck Pereira Dos Santos

     

    La soutenance se fera en français.

     

    Le travail présenté ici porte sur l’avancement de l’expérience FORCA-G (FORce de CAsimir et Gravitation à courte distance) dont le but est la mesure par interférométrie atomique de forces à courte distance entre un atome, piégé dans un réseau optique vertical, et une surface. Réalisée à l’aide de transitions Raman stimulées, la séparation spatiale et cohérente des paquets d’onde atomique sur des puits adjacents du réseau permet de mesurer, après recombinaison, la différence d’énergie entre ces puits, liée à l’incrément d’énergie potentielle de pesanteur : la fréquence de Bloch. Pour de faibles densités atomiques, il est démontré une sensibilité court terme à 1 s de 1.8×10−6 à l’état de l’art des capteurs de forces à atomes piégés. La mise en place d’un système de refroidissement évaporatif, afin d’augmenter le nombre d’atomes par puits, permet désormais d’explorer des régimes de fortes densités atomiques où les interactions ne peuvent être négligées. Pour des densités de 10^11 − 10^12 at/cm3, il est montré qu’un phénomène d’autosynchronisation des spins entre en compétition avec le mécanisme d’écho de spin. L’impact de ce phénomène sur le contraste et la fréquence mesurée est étudié dans un interféromètre où les deux paquets d’onde occupent le même puits. Des premières mesures sont ensuite effectuées dans le régime où les paquets d’onde sont séparés. Elles montrent un comportement différent qui reste à modéliser. Enfin, il est montré que le protocole de mesure permet de s’affranchir des biais collisionnels : les interactions atomiques limitent la sensibilité du capteur de force sans limiter son exactitude.

    Mots-clés : interférométrie atomique, Casimir-Polder, atomes ultra-froids, capteur inertiel, réseau optique, auto-synchronisation des spins


  • 7 Octobre 2016 (Paris) - Soutenance de thèse de Clément COURVOISIER "Condensat de Bose-Einstein par refroidissement évaporatif dans un piège dipolaire pour la métrologie par interférométrie atomique"

    Soutenance le 7 Octobre 2016 à 14h00 à l’UPMC, au 4 Place Jussieu – 75005  Paris

    Le travail de recherche réalisé dans le cadre de mon projet de doctorat a consisté à concevoir, construire et caractériser un nouveau dispositif expérimental fondé sur une source atomique refroidie par évaporation dans un piège dipolaire optique. Il vise à améliorer  l’incertitude sur la mesure du rapport h/m entre la constante de Planck et la masse d’un atome de rubidium, en réduisant l’effet de la phase de Gouy et de courbure du front d’onde.
    Dans un premier temps, nous avons étudié différentes configurations optiques pour optimiser le taux de chargement du piège dipolaire : le faisceau de 50 W à 1070 nm est mis en forme pour constituer un double faisceau réservoir de 93 μm de waist, ainsi qu’un faisceau fin croisé de waist 20 μm. Après avoir optimisé et caractérisé le processus d’évaporation, nous avons obtenu un condensat de Bose-Einstein.
    Par ailleurs, nous avons mis en place, pour l’interférométrie Raman, un nouveau système laser utilisant des sources primaires à 1560 nm doublées en fréquence. Nous avons conçu un double asservissement : il permet d’une part d’asservir en phase les deux sources laser et, d’autre part, de corriger le bruit de phase accumulé dans les amplificateurs à fibres.
    Le nouveau dispositif expérimental est aujourd’hui prêt à réaliser l’interférométrie atomique sur le condensat de Bose-Einstein.

    
    

  • 30 Septembre 2016 (Paris) - Soutenance de thèse de Konstantin Ott : "Towards a squeezing-enhanced atomic clock on a chip"

    Soutenance le 30 septembre 2016 à 14h00 en salle des séminaires (sous-sol) de l’Institut d’Asptrophysique de Paris (IAP) au 98 bis Bld Arago – 75014 Paris

     

    Travaux préparés au SYRTE   et au Laboratoire Kastler Brossel sous la direction de Peter ROSENBUSCH et Jakob REICHEL

     

    Devant un jury composé de : Philippe Bouyer – Matthias Keller – Agnès Maitre – François-Xavier Esnault – Tilo Steinmetz et Jean-Marc Lasage

    La soutenance sera en anglais.

     

    L’objet de cette thèse de doctorat est la conception et la construction d’une hor-
    loge atomique réalisée sur un microcircuit à atomes (TACC) et améliorée par l’intrication.
    L’élément principal de cette nouvelle expérience est un micro-résonateur Fabry Pérot qui
    permet la génération d’états de spin comprimés de l’ensemble atomique grâce aux interac-
    tions entre la lumière et les atomes. Il a déjà été montré que ces états peuvent améliorer
    les performances métrologiques des horloges atomiques. Cependant, les expériences ayant
    permis cette démonstration de principe n’ont pas encore atteint un niveau de précision
    présentant un intérêt métrologique. C’est précisément l’objectif de la nouvelle configuration
    expérimentale que nous proposons ici. L’intégration du résonateur optique au dispositif
    expérimental TACC nécessite une conception nouvelle du microcircuit à atomes, qui doit
    permettre le transport du nuage atomique jusqu’au résonateur. Nous présenterons donc
    la conception et la fabrication de ce microcircuit à atomes. Afin de conserver la compac-
    ité et la stabilité de notre installation, nous avons choisi d’utiliser une cavité Fabry-Pérot
    fibrée (fibered Fabry-Pérot, FFP) comme résonateur optique, dans lequel les miroirs du
    résonateur sont réalisés sur la pointe de fibres optiques. Pour répondre aux exigences de
    notre expérience, une nouvelle génération de résonateurs FFP a été développée au cours
    de cette thèse, les plus longs réalisés à ce jour. A cette fin, nous avons développé une
    procédure d’ablation par tirs multiples à l’aide d’un laser CO2 focalisé, qui permet la mise
    en forme des surfaces de silice fondue avec une précision et une polyvalence sans précédent.
    
    

  • 22 juin 2016 (Palaiseau) - Soutenance de thèse de Matthieu DUPONT-NIVET : "Vers un accéléromètre atomique sur puce"

    Soutenance le 22 juin 2016 à 14h00 dans l’auditorium de l’Institut d’Optique –  Campus Polytechnique 2 avenue Augustin Fresnel 91127 Palaiseau ,  juste en face de Thales Research and Technology)

    devant un jury composé de : Christoph Westbrook – Hélène Perrin – Ernst Rasel – Jakob Reichel – Eric Charron – Sylvain Schwartz – Philippe Adam

     

    Nous rapportons les développements, théoriques et expérimentaux, visant à la réalisation d’un accéléromètre à atomes froids. Cet interféromètre utilise un gaz ultra froid non-dégénéré qui est piégé au voisinage d’une puce atomique pendant toute la séquence d’interrogation. Nous décrivons un protocole d’interrogation permettant de rendre le capteur sensible aux accélérations. Ce protocole est constitué d’une séquence de Ramsey avec une séparation spatiale des deux états de l’interféromètre. Le signal et le contraste de cet interféromètre sont modélisés et l’utilisation de raccourci à l’adiabaticité est considérée pour réaliser une séparation et une recombinaison rapide des deux états. Nous décrivons aussi une implémentation de cet interféromètre sur une puce atomique. Elle repose sur la création de deux potentiels habillés micro-onde, un pour chacun des deux états de l’interféromètre. Le dispositif de refroidissement des atomes, mis en place pendant cette thèse, est décrit. Des atomes de rubidium 87 sont refroidis jusqu’à la condensation de Bose-Einstein dans l’état |2,2>. Un protocole de type stimulated Raman adiabatic passage utilisant des champs micro-ondes, permet ensuite de transférer les atomes (condensés ou thermiques) vers l’état |2,1>. Cette source atomique a permis de réaliser des mesures du contraste des franges de Ramsey en fonction de la symétrie des potentiels piégeant les deux états de l’interféromètre. Le temps de décroissance du contraste mesuré permet de valider les développements théoriques sur le contraste de l’interféromètre.

     


  • 10 juin 2016 (Paris) - Soutenance de thèse de Stéphane TREMINE : "Etude du refroidissement d’atomes de césium dans un champ de speckle 3D et réalisation d’une horloge atomique compacte".

    Soutenance le vendredi 10 juin 2016 à 10h00 dans la Salle de l’atelier, à l’Observatoire de Paris


  • 6 juin 2016 (Besançon) - Soutenance de thèse de Alexandre DIDIER : "Développement de cavités Fabry-Perot ultra-stables pour références de fréquence optique de nouvelle génération".

    Soutenance le lundi 6 juin 2016 à 13h30 dans l’Amphithéâtre JJ. Gagnepain, FEMTO-ST, Besançon


  • 12 février 2016 (Paris) - Soutenance HDR de Carlos GARRIDO ALZAR : "Interférométrie optique et atomique dans l'ingénierie d'états quantiques et les mesures de précision".

    Soutenance le vendredi 12 février 2016 à 14h00 dans l’Amphithéâtre de l’IAP, à l’Observatoire de Paris, Paris

    Dans cet exposé, je vous présenterai mes travaux de recherche dont l’objectif premier est le développement de capteurs inertiels quantiques compacts basés sur l’interférométrie atomique. Cette thématique se situe à la jonction de sujets de recherche sur lesquels j’ai travaillé pendant mes séjours postdoctoraux. Lors de mon premier postdoc j’ai travaillé à la mise en place théoretiquement et expérimentalement d’un protocole d’ingénierie d’états quantiques atomiques pour la métrologie et les mesures de haute précision. Cette recherche visait, en particulier, à l’amélioration de la précision d’une horloge atomique de césium en utilisant un ensemble d’atomes froids préparés dans un état où ils sont fortement corrélés. Je vous parlerai du protocole utilisé, fondé sur les mesures quantiques non destructives, et qui nous a permis d’observer en temps réel un dynamique quantique cohérente sur un même ensemble d’atomes.

    Ma présentation se poursuivra avec une discussion sur les puces ou microcircuits à atomes. J’aborderai les avantages de ces dispositifs, la problématique spécifique à leur utilisation pour l’interférométrie atomique et les possibles solutions que nous avons déjà testé et envisagé dans ce contexte. En particulier, je vous parlerai sur le problème de décohérence observé dans le piégeage et guidage de nuages d’atomes froids, ainsi que sur la technique de modulation mise au point pour nous affranchir de celui-ci.

    Je terminerai l’exposé avec la présentation de mon programme de recherche sur l’instrumentation de capteurs inertiels à atomes froids guidés sur microcircuit à atomes. Les éléments clefs à la réalisation de ces dispositifs pour le mesures de précision seront analysés. En particulier, je vous présenterai les critères importants à observer pour leur potentielles applications dans la navigation inertielle, les mesures géophysiques et les tests de physique fondamentale.

     


  • 27 janvier 2016 (Paris) - Soutenance de thèse de Édouard RICHARD, «Étude et réalisation d’un nouveau système de référence spatio-temporel basé sur des liens inter-satellites dans une constellation GNSS»

    Soutenance le mercredi 27 janvier 2016 à 14h30 dans l’Amphithéâtre de l’IAP, Observatoire de Paris, Paris

    Travaux effectués au SYRTE  sous la direction de Peter WOLF et Pacôme DELVA

    L’exactitude délivrée par les systèmes de positionnement globaux par satellites (GNSS) est un facteur clé pour de nombreuses applications scientifiques telles que le positionnement de points géodésiques ou d’autres satellites, l’établissement de systèmes de référence spatio-temporels, la synchronisation d’horloges ou encore l’étude directe du lien pour sonder l’atmosphère. L’augmentation de la constellation GNSS avec des mesures de pseudo-distances entre les satellites est une option prometteuse pour améliorer l’exactitude du système. Plusieurs études présentent l’apport qualitatif de ces liens inter-satellites (ISL), mais ne permettent pas de mesurer efficacement l’impact quantitatif de cette technologie. Dans cette thèse, nous avons effectué une étude différentielle entre un système classique (possédant seulement des liens standards espace-sol) et un système augmenté avec des ISL. Les deux systèmes sont étudiés sous les mêmes hypothèses et à travers le même code de calcul. Celui-ci est composé de deux parties distinctes et autonomes : une simulation d’observables sous la forme de pseudo-temps de vol bruités, et une analyse qui délivre, après ajustement des paramètres, les bilans d’erreurs quantitatifs. La comparaison des bilans d’erreurs quantitatifs associés aux deux systèmes nous permet d’établir, pour une même application donnée, les différences de performance relatives entre les deux systèmes. Les résultats obtenus permettent de franchir un pas de plus vers la validation de l’apport des liens inter-satellites et sont à considérer pour les versions futures des systèmes de navigation par satellites.

     


  • 14 déc. 2015 (Villetaneuse) - Soutenance de thèse de Anthony BERCY, « Liens ultra-stables par fibres optiques : déploiement vers plusieurs utilisateurs distants, étude des limites fondamentales et technologiques et nouvelles applications »

    Soutenance le lundi 14 décembre 2015 à 14h dans l’ Amphithéâtre Euler, Université Paris 13, Villetaneuse

    Travaux effectués en collaboration entre le LPL et le SYRTE

    Les liens optiques permettent de disséminer une fréquence de référence ultrastable à de nombreux laboratoires de recherche pour des mesures de très haute précision en métrologie et au-delà. Nous avons démontré premièrement une extraction simple d’un signal ultrastable en différents points d’une liaison optique urbaine de 92 km, avec une stabilité de fréquence relative à 1 s de 1,3×10-15 et sensiblement dégradée sur le long terme par les effets thermiques diurnes. Nous avons développé et testé un deuxième dispositif amélioré avec un montage interférométrique compact et activement thermalisé et une diode laser permettant de disséminer le signal vers un lien secondaire dont le bruit est activement compensé. Ces deux dispositifs permettront de disséminer le signal à de multiples utilisateurs en région parisienne et sur le réseau REFIMEVE+.

    Nous avons deuxièmement évalué les performances d’une méthode de type Two-Way pour la comparaison de deux références de fréquence par fibre optique. Nous avons testé la sensibilité de cette comparaison sur une boucle fibrée de télécommunication de 100 km en propagation unidirectionnelle puis bidirectionnelle, avec une excellente stabilité de la fréquence grâce à une très bonne réjection du bruit de la fibre.

    Ces résultats ouvrent la voie à la réalisation d’un réseau métrologique à l’échelle nationale et internationale pour la dissémination des meilleures horloges optiques.


  • 09 déc. 2015 (Besançon) - Soutenance de thèse de Irina BALAKIREVA "Dynamique non-lineaire des peignes de frequences optiques de Kerr"

    Soutenance le mercredi 09 décembre 2015 – 14h dans l’Amphithéâtre Jean-Jacques Gagnepain (bât. Témis Sciences), 15B avenue des Montboucons, Besançon

    Travaux effectués à FEMTO-ST sous la direction de Yanne Chembo et Laurent Larger

    La présente thèse est consacrée à l’’étude des peignes optiques de Kerr dans les résonateurs à modes de galerie. Les résonateurs à modes de galerie sont des sphères, disques ou tores de quelques µm à quelques mm de diamètre, fabriqués avec des matériaux transparents, au sein desquels la lumière peut être injectée et piégée pendant des durées relativement longues. Ces résonateurs possèdent des fréquences propres quasi-équidistantes pouvant être excitées par pompage externe, par exemple à l’aide d’’un laser émettant en continu. Les peignes de fréquence optiques peuvent être générés dans les résonateurs à modes de galerie grâce à l’interaction de l’a non-linéarité de Kerr et de la dispersion. Cette thèse a permis d’identifier les solutions essentielles qui peuvent émerger pour les régimes de dispersion normale et anormale. Les diagrammes de bifurcation correspondants indiquent les paramètres du laser à choisir afin de générer la solution souhaitée. Elles regroupent les diverses solutions connues, notamment les solitons brillants et sombres, les breathers, les rouleaux de Turing, et le régime chaotique. Ces diagrammes ont été complétés avec une étude du seuil des peignes de second ordre, déterminé numériquement.


  • 03 déc. 2015 (Nice) - Soutenance de thèse de Liwei WEI, « Système laser de haute-puissance pour le projet Advanced Virgo : les amplificateurs à fibre combinés de façon cohérente »

    Soutenance le jeudi 03 décembre 2015 à 10h – Mt Gros, Observatoire de la Côte d’Azur, Bd de l’Observatoire , Nice (salle de la Nef)

    Travaux effectués à ARTEMIS

    Virgo est un interféromètre de Michelson dont les bras contiennent des cavités Fabry-Perot. Il a été construit pour détecter directement les ondes gravitationnelles. Le projet Advanced Virgo est une amélioration majeure de Virgo pour atteindre une sensibilité encore plus élevée avec laquelle la détection des ondes gravitationnelles deviendra probable. On prévoit un système laser mono-fréquence de 175 Watts de puissance optique présentant des stabilités accrues pour le bruit relatif de puissance et pour le bruit de fréquence. Ce travail de thèse a pour objet la réalisation de ce système laser de haute-puissance et de haute-stabilité basée sur l’utilisation d’amplificateurs à fibre combinés de façon cohérente. Des amplificateurs à fibre disponibles dans le commerce sont caractérisés en termes de qualité de faisceau, de bruit de puissance, de bruit de fréquence, de stabilité de pointé du faisceau, et également en terme de stabilité à long terme sur quelques milliers d’heures. On implémente l’interférométrie de Mach-Zehnder pour la combinaison cohérente de faisceaux. Les techniques de caractérisation de faisceaux laser sont aussi développées en considérant leurs limites ultimes. Hormis un déficit de puissance optique, le système laser développé dans cette étude sur la base de la combinaison cohérente de Master Oscillator Fiber Power Amplifiers, remplit les conditions posées par Advanced Virgo.

    Mots-clés : caractérisation de laser, amplificateur à fibre, combinaison cohérente de faisceaux, interférométrie, détecteur des ondes gravitationnelles


  • 27 nov. 2015 (Palaiseau) - Soutenance de thèse de Fabien THERON, « Développement d’un gradio-gravimètre à atomes froids et d’un système laser télécom doublé pour des applications embarquées »

    Soutenance le vendredi 27 novembre 2015 à 14h – Institut d’Optique Graduate School (Auditorium), Palaiseau

    Travaux effectués à l’ONERA

    Ce travail de thèse présente le développement d’un dispositif expérimental permettant de mesurer deux composantes du gradient de pesanteur, Gzz et Gzx, ainsi que l’accélération de pesanteur. Ces grandeurs sont déterminées en mesurant  l’accélération d’atomes froids de rubidium, en chute libre dans le vide, par interférométrie atomique. Pour la gradiométrie, la  mesure différentielle est réalisée entre deux nuages atomiques
    séparés spatialement. Pour la mesure de Gzz, l’utilisation de réseaux optiques mobiles permet d’obtenir deux nuages atomiques à partir d’une unique source atomique. Ce travail présente la mise en place du dispositif complet, avec notamment la réalisation de l’enceinte à vide, et des systèmes laser et micro-onde. Les lasers sont basés sur la technologie télécom doublée, permettant d’obtenir des modules compacts et robustes, afin d’envisager des applications embarquées. L’architecture laser originale permet de réaliser des expériences d’atomes froids combinant interférométrie atomique et réseaux optiques, en réduisant au minimum le nombre de composants. Le bruit du laser a été caractérisé, il limite la sensibilité gravimétrique à 10-9 g en monocoup, la sensibilité différentielle à 10-10 g en monocoup, et la sensibilité gradiométrique à 38 E, en monocoup.

  • 26 nov. 2015 (Paris) - Séminaire de Kurt Gibble (Penn State University, USA), « Sundry Topics on Atomic Clocks »

    Séminaire le jeudi 26 novembre 2015 à 11h – SYRTE, Observatoire de Paris (Salle de l’atelier)

    I’ll discuss diverse, recent work from our group. One result is our precision measurements of s-wave quantum scattering phase shifts of ultra-cold atoms in a cesium fountain. With mrad precision, we observe a series of Feshbach resonances with variations of s-wave phase shifts approaching pi. I’ll also discuss the microwave lensing frequency shift, the recent associated controversy and a connection to recoil shifts, and some unique aspects of the microwave lensing shift of PHARAO. The distributed cavity phase (1st order Doppler) shifts of PHARAO are also significantly different than those of fountains. I will discuss those as well as our plans for a Cadmium optical lattice clock.


  • 23 nov. 2015 (Orsay) - Soutenance de thèse de Alexis BONNIN, « Interférométrie simultanée avec deux espèces atomiques 87Rb/85Rb et applications aux mesures inertielles »

    Soutenance le lundi 23 novembre 2015 à 14h – Laboratoire Aimé Cotton – Campus d’Orsay – Bâtiment 505 – Rue du Belvédère – 91405 Orsay (Salle Balmer)

    Travaux effectués à l’ONERA

    Dans la problématique émergente des expériences visant à tester le Principe d’Équivalence à l’aide de capteurs inertiels à atomes froids, cette thèse porte sur la réalisation et la caractérisation d’un interféromètre atomique double espèce (87Rb et 85Rb) qui permet l’obtention d’une mesure extrêmement sensible de l’accélération différentielle. L’interféromètre, de type Mach-Zehnder, repose sur la manipulation simultanée des ondes de matière atomiques à l’aide de transitions Raman stimulées. Le système laser est basé sur le doublage en fréquence d’une unique source laser à 1560 nm. L’ensemble des fréquences lasers requises pour la manipulation des deux isotopes (piégeage, refroidissement, sélection, interférométrie et détection) est

    généré par modulation en phase de cette source. Une modélisation détaillée des réponses inertielles de l’interféromètre ainsi que l’analyse d’une méthode d’extraction de la phase différentielle à partir du signal elliptique ont été menées. La mesure de l’accélération différentielle a conduit à un test atomique du Principe d’Équivalence Faible de n(87Rb,85Rb)= (1.3 ± 3.2)x10-7, à l’état de l’art.
    L’aspect simultané de la mesure a permis de mettre en évidence la réjection du bruit de vibration par effet de mode commun pour la première fois avec deux espèces différentes, le facteur de réjection étant aujourd’hui de 50 000. Les performances
    actuelles de l’instrument sur la mesure d’accélération différentielle montrent une sensibilité de 1.23×10-7g/√Hz et une résolution de 2×10-9 g pour des temps d’intégration inférieurs à quelques heures.
    En complément, des modes de fonctionnement innovants d’interféromètres atomiques double espèce sont explorés
    pour la mesure d’accélération embarquée.

  • 20 nov. 2015 (Paris) - Soutenance de thèse de Indranil DUTTA, « Amélioration de la stabilité d’un interféromètre Sagnac à atomes froids: vers un fonctionnement continu »

    Soutenance le vendredi 20 novembre 2015 à 14h30 – Observatoire de Paris (Amphi de l’IAP), 77 avenue Denfert-Rochereau, Paris 14ème

    Travaux effectués au SYRTE

    Cette thèse a pour objet de repousser les performances d’un interféromètre à atomes froids principalement sensible aux rotations selon un axe particulier. Des atomes de Cesium sont refroidis par laser, piégés, et lancés verticalement selon une configuration en fontaine. La sensibilité du gyromètre repose sur l’effet Sagnac et est proportionnelle à l’aire physique qu’entourent les deux bras de l’interféromètre. Nous utilisons des transitions Raman stimulées pour séparer les ondes atomiques et former une géométrie d’interféromètre de type Mach-Zehnder replié. Avec un temps d’interrogation de 800 ms, nous parvenons à une aire physique de 11 cm2. La soutenance décrit les améliorations apportées au dispositif expérimental pour faire fonctionner le gyromètre avec une telle aire Sagnac. Une procédure d’alignement relatif des faisceaux Raman au niveau du μrad est présentée et est particulièrement importante pour permettre aux ondes de matière d’interférer. La caractérisation des bruits de vibration impactant la sensibilité du gyromètre, ainsi que sa réjection sont également décrites. Nous démontrons une sensibilité de 160 nrad/s à 1 s, et une stabilité long terme de 1.8 nrad/s après 10000 s d’intégration. Ce niveau de stabilité représente une amélioration d’un facteur 5 par rapport à la précédente expérience de gyromètre du SYRTE de 2009, et d’un facteur 15 par rapport aux autres résultats publiés. Cette thèse présente également une nouvelle méthode d’interrogation des atomes pour opérer le gyromètre sans temps morts, un aspect important pour diverses applications des capteurs à atomes froids en navigation inertielle, en géophysique et en physique fondamentale.
    Mots clés : Interférométrie atomique, atomes froids, gyromètre, effet Sagnac, transitions Raman stimulées, capteur inertiel