12 décembre 2018 (Besançon) – Soutenance de thèse de Grégoire Coget
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.