Cet appel à projets vise à soutenir des équipes du réseau FIRST-TF sur des projets ambitieux (projets de recherche, projets en partenariat avec les entreprises, projets de formation ou de diffusion des savoirs vers le public) et à renforcer les collaborations entre ses membres, sur des thématiques axées sur la métrologie Temps Fréquence, sur ses interfaces et sur ses applications.

Cette année, le soutien apporté par FIRST-TF pourra porter uniquement sur du personnel (financement de CDD jeune chercheur, de CDD ingénieur ou technicien, mission doctorale).

Le projet proposé peut être à l’initiative de tout membre de FIRST-TF : laboratoire fondateur ou membre du 2nd cercle.

Date limite de soumission : 14 février 2019

⇒ Plus d’informations et formulaire de demande à télécharger sur la page « Appels d’offre » : http://first-tf.fr/opportunites/appels-doffres/

Pour toute question ou demande d’information relative à cet appel à projets, adressez votre message à ao(at)first-tf.com.

Amine Chaouche Ramdane soutiendra sa thèse le 14 décembre 2018 à 13h30 sur le sujet « Développements expérimentaux pour la caractérisation et la stabilisation de sources laser auto-impulsionnelles à semi-conducteurs pour des applications en métrologie des fréquences », préparée au LPL, sous la direction de Frédéric Du Burck et l’encadrement de Vincent Roncin.

La soutenance aura lieu en Amphi. D – Institut Galilée à l’Université Paris 13, 99 av. J.B. Clément 93430 Villetaneuse, devant un jury composé de Saïda Guellati, Alexandre Shen, Didier Erasme, Loïc Morvan, Pascal Besnard, Daniel Bloch, Frédéric Du Burck, Vincent Roncin.

Résumé :

Ce travail de thèse porte sur le développement d’une instrumentation pour la caractérisation et la stabilisation de sources laser à 1,55 µm à verrouillage de modes pour la métrologie des fréquences ou les télécommunications optiques.
Deux outils de caractérisation réalisés à partir de composants commerciaux ont été développés permettant de transférer la stabilité en fréquence d’une référence métrologique vers des sources largement accordables (diodes laser à cavité étendue). L’une est fondée sur une cavité Fabry Perot confocale et l’autre sur une cavité à fibre en anneau. Dans les deux cas, des transferts de stabilité sur des dizaines de nanomètres ont été démontrées au niveau de 10 -12 . L’analyse détaillée de ces montages montre les limitations apportées par les modulations d’amplitude et de polarisation parasites dues aux dispositifs de modulation ainsi que par les fluctuations de polarisation dans les fibres. Ces dispositifs ont été validés par la démonstration de la stabilisation d’une source à verrouillage de modes par injection optique qui a permis de réduire la largeur spectrale du mode injecté d’un facteur supérieur à 1000, de transférer la stabilité du laser d’injection à l’ensemble des modes du peigne de fréquences et de mesurer la stabilité à long terme des modes du laser injecté.

Grégoire VALLET soutiendra sa thèse le 13 décembre 2018 à 14h sur le sujet « Détection non destructive en cavité pour une horloge à réseau optique au strontium », préparée au SYRTE, sous la direction de Sébastien Bize et l’encadrement de Jérôme Lodewick.

La soutenance aura lieu en salle 235A (2ème étage) à l’ENS, 29 rue d’Ulm 75005 Paris, devant un jury composé de Caroline Champenois, Robin Kaiser, Jakob Reichel et Morgan Michell.

Résumé :

Je commencerai par dépeindre brièvement le paysage de l’horlogerie atomique actuelle en donnant les mécanismes, concepts et outils fondamentaux ainsi que les enjeux ayant trait à ce secteur de la recherche accompagnés d’une présentation assez détaillée du fonctionnement de l’horloge à atomes de strontium piégés sur réseau optique sur laquelle j’ai travaillé.
Dans un deuxième temps j’aborderai l’aspect métrologique de mon activité : évaluation des effets systématiques induisant un déplacement en fréquence d’horloge et participation à des campagnes de comparaison internationales par liens fibrés. Après avoir donné notre nouveau bilan d’incertitudes j’exposerai nos résultats préliminaires concernant l’un des effets systématiques que nous sommes les premiers à faire entrer dans ce bilan pour une horloge au strontium à savoir le décalage en fréquence d’horloge dû aux collisions des atomes de strontium piégés avec des particules chaudes du gaz résiduel de la chambre à vide, ainsi que le modèle théorique que j’ai élaboré pour traiter le sujet et qui unifie les deux modèles disponibles dans la littérature dont il restait à faire la synthèse.
Enfin je discuterai des aspects recherche et expérimentation de mon travail de thèse qui se sont concentrés sur la réalisation et la caractérisation d’un système de détection non destructive des atomes piégés en cavité fondé sur les propriétés dispersives de l’interaction lumière-matière, dont le but est la réduction de deux effets limitant la stabilité des horloges optiques sur réseau : l’effet Dick et le bruit de projection quantique. Je donnerai également des perspectives sur les gains métrologiques attendus.

Grégoire COGET soutiendra sa thèse le 12 décembre 2018 à 14h sur le sujet « Horloge atomique Cs à piégeage cohérent de population avec protocole d’interrogation Auto-Balanced Ramsey », préparée au laboratoire FEMTO-ST, sous la direction de Rodolphe Boudot.

La soutenance aura lieu dans l’amphithéâtre Gagnepain de l’ENSMM, devant un jury composé de Carlos Garrido Alzar, Martina Knoop, François Nez, François-Xavier Esnault, Rodolphe Boudot, Vincent Giordano.

Résumé :

Cette thèse reporte l’étude et la caractérisation d’une horloge atomique à cellule de césium basée sur le phénomène de piégeage cohérent de population. Cette horloge, d’architecture simple combine une diode laser DFB (895nm, raie D1 du Cs), un modulateur électro-optique fibré piloté une synthèse de fréquence microonde faible bruit, un modulateur acousto-optique, un système de type Michelson, une cellule Cs avec gaz tampon et une électronique bas-bruit à FPGA. Cette horloge combine un schéma de pompage CPT optimisé nommé « push-pull optical pumping » et une interrogation pulsée de type Ramsey, permettant la détection de franges Ramsey-CPT à fort contraste.

Au cours de cette thèse a été implémenté et adapté pour cette horloge CPT un nouveau protocole d’interrogation, récemment proposé par la PTB pour des horloges optiques, nommé Auto-Balanced Ramsey (ABR). Cette méthode, visant à éliminer les déplacements de fréquence induits lors de l’interaction des atomes avec le champ d’interrogation, est basée sur l’extraction de deux signaux d’erreur issus de deux séquences Ramsey consécutives avec des temps d’évolution libre (noir) différents. La première boucle d’asservissement utilise le signal d’erreur généré lors de la séquence Ramsey courte pour appliquer une correction de phase à l’oscillateur local annulant le déplacement de fréquence lumineux. La seconde boucle d’asservissement permet de stabiliser la fréquence de l’oscillateur local en utilisant le signal d’erreur issu de la séquence Ramsey avec temps d’évolution libre long. Ce protocole, nommé ABR-CPT, amélioré par la suite par symétrie (SABR-CPT), a permis de réduire drastiquement la sensibilité de la fréquence d’horloge aux variations de puissance laser, par un facteur 80 comparativement à une méthode d’interrogation Ramsey-CPT conventionnelle. Cette horloge CPT démontre aujourd’hui une stabilité relative de fréquence de 2 10^-13 τ-1/2, avec une stabilité de fréquence moyen-terme record obtenue en environnement calme de 2.5 10^-15 à 10⁴ s.

Des études annexes de spectroscopie en microcellules à vapeur de césium ont été aussi menées au cours de cette thèse. On note en particulier la démonstration préliminaire d’un laser stabilisé en fréquence sur une microcellule de césium par spectroscopie sub-Doppler bi-fréquence, avec une stabilité de fréquence préliminaire encourageante meilleure que 2 10^-12 à 1 s. Ces performances de stabilité relative de fréquence court-terme sont 10 fois meilleures à celles de micro-horloges atomiques microondes CPT.

Jérémy BON soutiendra sa thèse le 12 décembre 2018 à 10h30 sur le sujet « Résonateurs à ondes acoustiques de volume piégées à très basses températures : Application à l’optomécanique », préparée au laboratoire FEMTO-ST, sous la direction de Serge Galliou.

La soutenance aura lieu dans l’amphithéâtre Jules Haag de l’ENSMM, devant un jury composé de Ludovic Bellon, Bernard Bonello, Pierre-François Cohadon, Gianpietro Cagnoli, Bernard Dulmet, Serge Galliou et Roger Bourquin.

Résumé :

Depuis plusieurs années, le département Temps-Fréquence de l’institut FEMTO-ST mène une étude sur le comportement des résonateurs à ondes acoustiques de volume à énergie piégée dans des cristaux à quartz à température cryogénique, typiquement proche de 4 K. Les performances en termes de coefficient de qualité mécanique relevé à ces températures, plusieurs milliards à quelques dizaines de MHz , font des cavités acoustiques en quartz de bons candidats pour des sources de fréquences cryogéniques ultrastables.
Les travaux présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans la continuité de ce programme d’étude. Ils visent à consolider l’intérêt du quartz mais aussi à envisager des solutions alternatives à base de matériaux à très faibles pertes acoustiques mais non piézoélectriques pour lesquels l’excitation optique est une alternative crédible. Les présents travaux peuvent être résumés en trois parties majeures :
– La première partie a été réalisée dans le but de déterminer une coupe de quartz possédant un point d’inversion sur sa caractéristique fréquence-température aux températures cryogéniques. La seule régulation de température du résonateur d’une source de fréquence ultrastable est en effet insuffisante sans l’existence d’un tel point qui doit servir de point de fonctionnement à la régulation thermique. La recherche d’une coupe compensée a nécessité une campagne préliminaire de mesure des coefficients de température des coefficients élastiques du matériau, inconnus à basses températures. Il a alors été possible, à partir de la connaissance de ces coefficients, d’identifier par le calcul puis de réaliser une coupe remplissant les conditions recherchées.
– La seconde partie a pour objectif de faire la preuve de concept consistant à utiliser une cavité acoustique en quartz en cavité optique. Dans sa version de base, le résonateur à quartz à onde de volume piégée est plan-convexe (pour assurer le piégeage) et à électrodes (métalliques pour assurer l’excitation électrique !) déposées sur chacune de ses faces. Il est démontré, théoriquement et expérimentalement, qu’une telle géométrie fonctionne en cavité optique, avec son avantage de simplicité mais avec ses limites. Cette structure de base doit être mise à profit pour le couplage optomécanique abordé en troisième partie et constitue le socle de conception de dispositifs optomécaniques plus performants.
– La troisième partie est consacrée à l’évaluation de la pertinence du couplage optomécanique de tels dispositifs fonctionnant à température cryogénique. Une étude portant sur la quantification théorique du couplage optomécanique que peut atteindre une telle cavité a été réalisée.
La concrétisation d’une cavité optomécanique permettra de s’affranchir des contraintes matérielles imposées par l’utilisation d’un cryoréfrigérateur et ouvrira la voie aux perspectives d’études de matériaux non-piézoélectriques possédant de très faibles pertes mécaniques, similaires voire inférieures à celles du quartz.
Ce type d’expérimentations répond également à des besoins exprimés par d’autres équipes de recherche travaillant sur l’optomécanique quantique ou les systèmes hybrides quantiques (LKB, UWA, …) avec lesquels des collaborations sont en cours.

Etienne VAILLANT soutiendra sa thèse le 11 décembre 2018 sur le sujet « Contribution à la mesure du bruit propre de résonateurs MEMS », préparée à FEMTO-ST avec Fabrice Sthal et Joël Imbaud.