Soutenances – Séminaires

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6 décembre 2024 à 9h30 - Soutenance de thèse de Maxime Pesche : “Atteindre le nano-g avec un gravimètre absolu à atomes froids”

Maxime Pesche soutiendra sa thèse le vendredi 6 décembre 2024 à 9h30, sur le sujet “Atteindre le nano-g avec un gravimètre absolu à atomes froids”, préparée au SYRTE et sous la direction de Franck Pereira Dos Santos et Sébastien Merlet. La soutenance aura lieu dans la salle Denisse, accès par l’Observatoire de Paris, 77 avenue Denfert Rochereau, Paris 75014.
21 novembre 2022 à 14h00 - Soutenance de thèse de Mads Tønnes : “Understanding and exploiting metrological fiber networks for Sagnac sensing, frequency dissemination and geosensing”

Mads Tønnes soutiendra sa thèse le lundi 21 novembre 2022 à 14h00, sur le sujet “Understanding and exploiting metrological fiber networks for Sagnac sensing, frequency dissemination and geosensing”, préparée à l’Université Paris sciences et lettres et sous la direction de Sébastien Bize et de Paul-Éric Pottie. La soutenance aura lieu dans l’amphithéâtre de l’IAP, accès par l’Observatoire de Paris, 77 avenue Denfert Rochereau, Paris 75014.
5 septembre 2022 à 14h00 - Soutenance de thèse de Zhibin Yao : “Interférométrie atomique avec le condensat de Bose-Einstein : vers une détermination de la constante de structure fine”

Zhibin Yao soutiendra sa thèse le 5 septembre à 14h00, sur le sujet “Interférométrie atomique avec le condensat de Bose-Einstein : vers une détermination de la constante de structure fine”, préparée à Sorbonne Université, dans le cadre de Physique en Ile de France, et sous la direction de Saïda Guellati-Khélifa au LKB. La soutenance sera en anglais et aura lieu dans l’amphi Durand (Campus Pierre et Marie Curie). Vous pourrez aussi suivre la soutenance via ce lien Zoom :
Soutenance_Thèse_Zhibin Yao_“Interférométrie atomique avec le condensat de Bose-Einstein : vers une détermination de la constante de structure fine”
13 avril 2022 à 9h30 - Soutenance de thèse de Shuo Zhang : “Spectral Hole Burning for Ultra-stable Lasers”

Shuo Zhang soutiendra sa thèse le 13 avril à 9h30, sur le sujet ”Spectral Hole Burning for Ultra-stable Lasers”, préparée à l’Université Université Paris sciences et lettres dans le cadre de Physique en Ile de France, en partenariat avec le SYRTE à l’Observatoire de Paris et sous la direction de Yann Le Coq, Bess Fang-Sortais et de Signe Seidelin. La soutenance aura lieu devant le jury seul dans la Salle du Conseil de l’Observatoire de Paris (77 avenue Denfert Rochereau, Paris 75014). Vous pourrez suivre la soutenance via ce lien Zoom : Soutenance de thèse de Shuo Zhang : Spectral Hole Burning for Ultra-stable Lasers
07 juillet 2021 - Soutenance de thèse de Lucas Groult : “Conception d’un piège de Paul microfabriqué pour le développement d’une horloge optique compacte, à ion piégé Yb+”

Lucas Groult soutiendra sa thèse le 07 juillet à 14h00, sur le sujet “Conception d’un piège de Paul microfabriqué pour le développement d’une horloge optique compacte, à ion piégé Yb+”, préparée à l’Université de Bourgogne Franche-Comté, en partenariat avec FEMTO-ST et sous la direction de Yann Kersalé.

La soutenance aura lieu dans l’amphithéâtre Jules Haag – ENSMM – 26, Rue de l’Epitaphe – Besançon.
31 mai 2021 - Soutenance de thèse de Alexandre Bouvier : “Etudes sur la stabilité moyen-long terme de l'horloge double-modulation à piégeage cohérent de population”.

Alexandre Bouvier soutiendra sa thèse le 31 mai 2021 à 10h, sur le sujet : “Études sur la stabilité moyen-long terme de l’horloge double-modulation à piégeage cohérent de population”, préparée à l’Université Paris Sciences et Lettres et sous la direction de Stéphane Guérandel.

La soutenance, en français, aura lieu dans la salle du Levant de l’Observatoire de Paris (77 avenue Denfert Rochereau). Vous pouvez suivre la soutenance via ce lien Lien YouTube
15 mars 2021 - Soutenance de thèse de Héctor Alvarez Martinez : "Characterization of optical frequency comb based measurements and spectral purity transfer for optical atomic clocks".

Héctor Alvarez Martinez soutiendra sa thèse le 15 mars 2021, sur le sujet : « Characterization of optical frequency comb based measurements and spectral purity transfer for optical atomic clocks », préparée à Sorbonne Université en cotutelle avec l’Université de Madrid Carlos III et sous la direction de Yann Le Coq et Rodolphe Le Targat.

La soutenance aura lieu le 15 mars 2021 à 14h, devant le jury seulement dans la Salle du Levant de l’Observatoire de Paris (77 avenue Denfert Rochereau). Elle sera diffusée en direct sur la chaine YouTube à l’adresse suivante : Soutenance d’Hector
La soutenance sera en anglais.
21 septembre 2020 - Soutenance de thèse de Joannes Barbarat : “Développement d'une source laser IR & visible, compacte, fibrée, stabilisée en fréquence”

Joannes Barbarat soutiendra sa thèse le 21 septembre 2020, sur le sujet : “Développement d’une source laser IR & visible, compacte, fibrée, stabilisée en fréquence”, préparée à l’Université Paris Sciences et Lettres et sous la direction de Philip Tuckey et de Ouali Acef.
20 décembre 2019 (Paris) – Soutenance de thèse de Nicolas Galland: "Vers des systèmes opto-mécaniques et mesures de haute précision à base de cristaux dopés aux terres rares""

Nicolas GALLAND soutiendra sa thèse le 20 décembre 2019 à Paris, sur le sujet: « Vers des systèmes opto-mécaniques et mesures de haute précision à base de cristaux dopés aux terres rares », préparée à l’Institut NEEL et au SYRTE sous les directions de Signe Seidelin et Yann Le Coq.

La soutenance aura lieu le 20 décembre à 14h, dans l’amphitéatre de l’IAP, à l’Observatoire de Paris (77 avenue Denfert Rochereau). La soutenance sera en français.
6 décembre 2019 (Paris) – Soutenance de thèse de Valentin Cambier "Horloge à réseau optique à atomes de mercure exploitant un 2D-MOT : Durée de vie de l’état 3P0 et mesures de fréquence"

Valetin Cambier soutiendra sa thèse le 6 Décembre 2019 à 14h sur le sujet « Horloge à réseau optique à atomes de mercure exploitant un 2D-MOT : Durée de vie de l’état 3P0 et mesures de fréquence », préparée au SYRTE sous la direction de Sébastien Bize.

La soutenance (en français) aura lieu v dans la salle Cassini de l’Observatoire de Paris (77 avenue Denfert Rochereau).
12 décembre 2019 (Meudon) – Soutenance de thèse de Amina Saadani "Électrodes à cristaux bidimensionnels pour micro/nano-résonateurs piézoélectriques à très haut facteur de qualité"

Amina Saadani soutiendra sa thèse le 12 décembre 2019 à 14h30 sur le sujet « Électrodes à cristaux bidimensionnels pour micro/nano-résonateurs piézoélectriques à très haut facteur de qualité », préparée à l’ONERA sous la direction de Fabrice Sthal (FEMTO-ST) et l’encadrement d’Olivier Le Traon et Pierre Lavenus (ONERA/DPHY).

La soutenance aura lieu dans la salle Ay-02-63 du Centre de Meudon de l’ONERA, 8 rue des Vertugadins, 92190 Meudon
Merci de contacter sylvie.nicolle-douet AT onera.fr pour les formalités d’accès au Centre.

Résumé :

La mise en vibration d’un résonateur piézoélectrique nécessite généralement le dépôt d’électrodes conductrices à la surface du matériau cristallin afin d’exciter et de détecter les modes de vibration. Les électrodes conventionnelles sont réalisées par dépôt de couches métalliques d’environ 200 nm d’épaisseur. Dans le cadre de la miniaturisation des résonateurs, ces électrodes métalliques s’avèrent intrusives et limitent le facteur de qualité de ces résonateurs, ce qui impacte les performances du résonateur, notamment en termes de bruit de phase et de stabilité de fréquence. Ces travaux de thèse ont pour but d’identifier et d’étudier des solutions alternatives aux électrodes métalliques sur des résonateurs en quartz (gyromètre, accéléromètre, résonateur pour le temps-fréquence). Les cristaux bidimensionnels (2D) ainsi que les encres conductrices, qui allient à la fois de bonnes propriétés électroniques et une faible épaisseur, sont les deux alternatives envisagées. Trois approches permettant la mise en œuvre de ces électrodes alternatives sont présentées. La première consiste à transférer le graphène sur le résonateur et de mettre en forme les électrodes par des moyens de fabrication issus de la microtechnique. Dans la deuxième approche, le graphène transféré est mis en forme par un faisceau d’ions focalisé. Enfin, des électrodes à base de nanoparticules d’or sont déposées en couches minces sur un gyromètre dans la troisième approche. Les performances des résonateurs réalisés sont analysées et discutées.
9 Décembre 2019 (Châtillon) - Soutenance de thèse de Paul Chapellier "MEMS piézoélectriques pour applications temps-fréquence"

Paul Chapellier soutiendra sa thèse le 9 décembre 2019 à 14h sur le sujet « MEMS piézoélectriques pour applications temps-fréquence », préparée à l’ONERA sous la direction de Bernard DULMET (FEMTO-ST) et l’encadrement de Pierre Lavenus (ONERA/DPHY).

La soutenance aura lieu dans la salle Cnontensou au Centre ONERA de Châtillon, 29 avenue de la Division Leclerc, 92320 CHATILLON
Merci de contacter sylvie.nicolle-douet@onera.fr pour les formalités d’accès au Centre.

Résumé :

Les oscillateurs hautes performances mettent en œuvre un résonateur mécanique présentant un facteur de qualité élevé et vibrant à une fréquence typique de 10 MHz. Le résonateur est généralement une pastille de quartz, réalisée par usinage individuel, d’environ 200 mm 3 , et placée dans une enceinte thermalisée. Dans le contexte de miniaturisation des composants électroniques, conséquence du développement des technologies embarquées, des objets connectés et des nouvelles normes de télécommunication, une réduction du volume du résonateur et l’utilisation de procédés de fabrication collectifs permettraient une réduction importante de l’encombrement, du coût et de la consommation de ces oscillateurs. Pour répondre aux besoins de ces technologies émergentes, un résonateur planaire en quartz à haut facteur de qualité et réalisable à large échelle a été développé. Au cours de cette thèse, nous avons mis au point un procédé de fabrication original utilisant la gravure réactive ionique profonde du quartz pour pallier l’impossibilité de graver le résonateur par l’usinage chimique standard par voie humide. L’optimisation d’une recette de gravure ionique adaptée à l’usinage de 100 μm de quartz, et ce, de manière anisotrope et présentant une faible rugosité ainsi que le développement du masque de gravure associé ont fait l’objet d’une attention particulière. La montée en maturité des moyens de fabrication a été validée par la réalisation de prototypes de
résonateurs. Ces derniers ont présenté des facteurs de qualité à l’état de l’art des micro-résonateurs en quartz. Un premier prototype d’oscillateur intégrant un des résonateurs miniatures a également été caractérisé. Les performances et les pistes d’amélioration identifiées confirment la pertinence du résonateur développé pour des applications d’oscillateurs alliant hautes performances, faible consommation et encombrement réduit.
18 octobre 2019 (Paris) - Soutenance de thèse de Romain CALDANI : "Interféromètres atomiques pour la mesure simultanée de g et son gradient vertical"

Romain CALDANI soutiendra sa thèse le 18 octobre 2019 à 10h sur le sujet « Interféromètres atomiques pour la mesure simultanée de g et son gradient vertical », préparée au SYRTE sous la direction de Franck Pereira Dos Santos et de Sébastien Merlet.

La soutenance aura lieu dans dans la salle de l’Atelier de l’Observatoire de Paris accessible (77 avenue Denfert Rochereau, 75014 Paris).

Résumé :

Mes travaux de thèse portent sur le développement d’un capteur inertiel à atomes froids à portée métrologique de nouvelle génération. Son architecture est basée sur deux sources atomiques indépendantes interrogées simultanément par une séquence d’interférométrie atomique commune aux deux sources. Aussi, dans l’optique d’atteindre des performances de mesure ultimes, notre instrument repose sur des fonctions optiques de manipulation d’atomes froids de dernières générations : oscillations de Bloch et séparatrices multi-photoniques. En trois ans, notre instrument a atteint un niveau de développement suffisant pour faire la démonstration de son principe de fonctionnement, permettant de mesurer simultanément l’accélération de la pesanteur g et son gradient vertical. En particulier, nous avons démontré une nouvelle méthode de mesure qui permet de s’affranchir non seulement des bruits en mode commun, mais aussi des fluctuations de la ligne de base de l’instrument, pour la détermination du gradient de gravité. Pour mener à bien ces travaux, j’ai également utilisé un prototype de banc optique industriel pour application spatiale, développé dans le cadre d’un projet financé par l’Agence Spatiale Européenne (ESA) et coordonné par la société Muquans. En parallèle des développements sur notre instrument, nous avons testé et caractérisé ce banc fibré qui réalise toutes les fonctions optiques nécessaires au fonctionnement d’un interféromètre atomique dans l’espace.
15 octobre 2019 (Paris) - Soutenance de thèse de Romain KARCHER : "Implémentation d'une source d'atomes ultra-froids pour l'amélioration de l'exactitude d'un gravimètre atomique"

Romain KARCHER soutiendra sa thèse le 15 octobre 2019 à 14h sur le sujet « Implémentation d’une source d’atomes ultra-froids pour l’amélioration de l’exactitude d’un gravimètre atomique », préparée au SYRTE sous la direction de Franck Pereira Dos Santos et de Sébastien Merlet.

La soutenance aura lieu dans dans l’amphithéâtre de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP) accessible par l’Observatoire de Paris au 77 avenue Denfert Rochereau, 75014 Paris.

Résumé :

Cette thèse a pour objectif l’amélioration de l’exactitude du gravimètre atomique du LNE-SYRTE. Ce gravimètre utilise des techniques d’interférométrie atomique pour déterminer l’accélération de la pesanteur g subie par des atomes de Rubidium 87 en chute libre. Il constitue la référence métrologique nationale pour la mesure de g et ses biais doivent donc être évalués avec la meilleure incertitude possible. Au début de cette thèse, le budget d’incertitude total était de 4.3μGal, dominé par l’incertitude de 4.0μGal associée au biais lié aux aberrations du front d’onde des lasers Raman utilisés pour réaliser les séparatrices lumineuses de l’interféromètre. Pour améliorer l’évaluation de cet effet, nous avons implémenté une source d’atomes ultra froids et mesuré g dans une large gamme de températures. Le développement d’un modèle de l’expérience accompagné par une simulation de l’impact des front d’ondes sur la mesure nous a permis d’évaluer pour la première fois ce biais, avec une incertitude record de 1.3μGal, soit trois fois meilleure que précédemment. Nous avons également implémenté un nouveau système de mesure directe des puissances des faisceaux Raman, adapté à la mesure d’impulsions courtes. Il nous a permis de caractériser et contrôler ces puissances dont les fluctuations sont responsables de biais lors de la mesure de g, tels que les déplacements lumineux à un et deux photons. Nous avons alors mis en avant un biais dépendant de l’aire totale des impulsions de l’interféromètre. Le gravimètre participe au projet de balance de Kibble du LNE qui visait à mesurer la constante de Planck par la pesée du kg et dans lequel une mesure exacte de g est nécessaire. Nous avons ainsi contribué à la révolution qu’a connue le système international d’unités, avec la décision de réviser le SI en fixant la valeur numérique de la constante de Planck et en modifiant la définition du kg, entrée en vigueur le 20 Mai 2019.
23 septembre 2019 (Palaiseau) - Soutenance de thèse de Isadora PERRIN : "Développement expérimental d’un capteur inertiel multi-axe à atomes froids hybride embarquable"

Isadora PERRIN soutiendra sa thèse le 23 septembre 2019 à 14h sur le sujet « Développement expérimental d’un capteur inertiel multi-axe à atomes froids hybride embarquable », préparée à l’ONERA sous la direction de François Nez (LKB) et encadrée par Yannick Bidel (ONERA).

La soutenance aura lieu dans l’Auditorium de l’Institut d’Optique Graduate School (2 avenue Augustin Fresnel, Palaiseau).

Résumé :

Cette thèse porte sur le développement expérimental d’un capteur inertiel à atomes froids hybridé avec des capteurs classiques permettant la mesure de l’accélération de pesanteur, de la composante verticale du gradient de gravité et de l’accélération horizontale. Les choix technologies ont été réalisés dans le but d’obtenir un futur capteur embarquable.
La mesure des différentes grandeurs inertielles est basée sur l’interrogation d’un nuage d’atomes froids en chute libre par interférométrie atomique. Pour cela, les atomes froids sont soumis à une série d’impulsions lasers qui réalisent des transitions Raman stimulées à deux photons.
Pendant cette thèse, a été développé un dispositif expérimental qui génère un nuage d’atomes froids de rubidium 87 et qui permet d’effectuer des séquences d’interférométrie atomique avec des faisceaux lasers Raman verticaux ou horizontaux sur une distance de chute maximale de 20 cm.
L’accélération de la pesanteur a été mesurée en utilisant un interféromètre atomique de type Mach-Zehnder avec une sensibilité de 6,8.10-7 m.s−2/Hz1/2 et une résolution optimale de 1,4.10-8 m.s−2/Hz1/2 après 6000 s.
Le gradient de gravité a été mesuré avec une méthode originale reposant sur un interféromètre de type « double boucle » hybridé avec un accéléromètre classique. Une démonstration de principe de la méthode a été réalisée ainsi qu’une étude des effets systématiques permettant d’évaluer l’exactitude. Une extrapolation avec une distance de chute de 1 m donne une sensibilité de l’ordre de 13.10-9 s-2/Hz1/2.
Enfin, une mesure de l’accélération horizontale a été réalisée avec une technique originale basée sur le balayage en fréquence du laser Raman qui permet d’interroger les atomes avec une vitesse nulle suivant l’axe de mesure. Hybridé avec un accéléromètre classique, une mesure de l’accélération horizontale a été obtenue avec une sensibilité de 3,2.10−5 m.s−2/Hz1/2 et une résolution optimale de 2.10−6 m.s−2 après 1000 s d’intégration.
23 septembre 2019 (Paris) - Soutenance de thèse de Léo MOREL : "Interférométrie à haute sensibilité sur ondes de matière: vers une détermination de la constante de structure fine au niveau de 10E-10"

Léo MOREL soutiendra sa thèse le 23 septembre 2019 à 14h sur le sujet « Interférométrie à haute sensibilité sur ondes de matière: vers une détermination de la constante de structure fine au niveau de 10E-10 », préparée au LKB, sous la direction de Saïda Guellati-Khelifa et Pierre Cladé.

La soutenance aura lieu dans la salle de conférence de l’IMPMC (couloir 22/23, 4ème étage, salle 401), sur le campus Jussieu de Sorbonne Université.

La soutenance sera en anglais.

Résumé :

La constante de structure fine α peut être déterminée à partir de la mesure du rapport h/m entre la constante de Planck et la masse d’un atome m. La comparaison de la valeur expérimentale de l’anomalie du moment magnétique de l’électron ou du muon à leurs valeurs théoriques prédites par le Modèle Standard et utilisant cette valeur de α permet d’accomplir un test très précis de ce modèle. Mon travail de thèse a porté principalement sur la mesure du rapport h/m de l’isotope 87 du rubidium en utilisant un nouveau dispositif expérimental. Nous avons installé le dispositif laser d’interférométrie atomique, pour interroger un nuage d’atomes froids produit dans une mélasse optique. En combinant un interféromètre utilisant des transitions Raman et la technique des oscillations de Bloch, nous avons démontré une sensibilité sans précédent sur la mesure de h/m correspondant à une incertitude statistique relative de 8.5 x 10 -11 en 48h de temps d’intégration, soit 4.3 x 10 -11 sur α.
Cette sensibilité nous a permis d’étudier expérimentalement de nombreux effets systématiques. Nous avons de plus mené un travail de modélisation qui a contribué à la mise en place de protocoles visant à compenser les biais induits par les effets systématiques. Nous présentons un bilan provisoire du budget d’erreurs associé à ces effets.
17 septembre 2019 (Paris) - Soutenance de thèse de Mengzi HUANG : "Spin squeezing and spin dynamics in a trapped-atom clock"

Mengzi HUANG soutiendra sa thèse le 17 septembre 2019 à 14h sur le sujet « Spin squeezing and spin dynamics in a trapped-atom clock », préparée au SYRTE et au LKB sous la direction de Carlos Garrido Alzar et Jakob Reichel.

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

La soutenance sera en anglais, devant un jury composé de Monika Schleier-Smith, Morgan Mitchell, Ludovic Pricoupenko et Rodolphe Boudot.

Résumé :

Les capteurs atomiques sont un outil de référence pour les mesures de précision du temps, des champs électriques et magnétiques et des forces d’inertie. Cependant, en absence d’une corrélation quantique entre atomes, le bruit de projection quantique constitue une limite fondamentale pour ces capteurs, appelée la limite quantique standard (SQL). Les meilleures horloges actuelles ont déjà atteint cette limite. Cependant, elle peut être surmonté en utilisant l’intrication quantique, dans un état comprimés de spin notamment. Ce dernier peut être crée par mesure quantique non-destructive (QND), en particulier dans le cadre de l’électrodynamique quantique en cavité (cQED).

Dans cette thèse, je présente la deuxième génération de l’horloge à atomes piégés sur puce TACC, dans laquelle nous combinons une horloge atomique compacte avec une plateforme cQED miniature pour tester les protocoles de métrologie quantique à un niveau de précision métrologique. Dans une mesure Ramsey standard, nous mesurons une stabilité de 6E-13 à 1 s. Nous démontrons la compression de spin par mesure QND, atteignant 8(1) dB pour 1.7E4 atomes, limitée actuellement par la décohérence due au bruit technique.

Les collisions entre atomes froids jouent un rôle important à ce niveau de précision, donnant lieu à une riche dynamique de spin. Nous constatons que l’interaction entre mesures par la cavité et dynamique collisionnelle de spin se manifeste dans un effet d’amplification du signal de la cavité. Un modèle simple est proposé et confirmé par des mesures préliminaires. De nouvelles expériences sont proposés pour éclairer davantage la physique à N corps surprenante dans ce système d’atomes froids.
15 juillet 2019 (Villetaneuse) - Soutenance de thèse de Dang Bao An Tran : "Laser à Cascade Quantique stabilisé sur peigne de fréquence, largement accordable et calibré au SI : application à la spectroscopie de très haute précision de molécules polyatomiques"

Dang Bao An TRAN soutiendra sa thèse le 15 juillet 2019 à 10h30 sur le sujet « Laser à Cascade Quantique stabilisé sur peigne de fréquence, largement accordable et calibré au SI : application à la spectroscopie de très haute précision de molécules polyatomiques », préparée au LPL, sous la direction d’Anne Amy-Klein et le co-encadrement de Benoît Darquié.

La soutenance aura lieu dans l’amphithéâtre Copernic – Institut Galilée, à l’Université Paris 13 (accès).

La soutenance sera en anglais.

=> Résumé et informations pratiques.
28 juin 2018 (Villetaneuse) - Soutenance d’habilitation à diriger des recherches de Vincent RONCIN : "Lasers auto-impulsionnels à semi-conducteurs : Applications aux Télécommunications Optiques et à la Métrologie des Fréquences"

Vincent RONCIN soutiendra son habilitation à diriger des recherches le vendredi 28 juin 2018 à 14h sur le sujet « Lasers auto-impulsionnels à semi-conducteurs : Applications aux Télécommunications Optiques et à la Métrologie des Fréquences ».

La soutenance aura lieu à l’Université Paris 13 (99, av. J.-B. Clément, 93430 Villetaneuse) dans l’amphithéâtre Copernic (Institut Galilée).

Résumé :

Ce manuscrit proposé pour l’Habilitation à Diriger des Recherches présente mes activités scientifiques depuis l’obtention de ma Thèse de Doctorat en 2004. La première partie concerne mon activité de recherche au sein de l’équipe Fonctions Optiques pour les Télécommunications du laboratoire FOTON à Lannion, et traite de l’étude de lasers à verrouillage de modes passif dans le cadre de l’étude de fonctions optiques de récupération d’horloge pour les communications WDM à 40 Gbit/s par canal.

Elle présente également des résultats relatifs à l’étude de la dynamique du verrouillage des modes en phase. La seconde partie concerne mes activités au sein de l’équipe Molécule, Métrologie et Tests Fondamentaux du Laboratoire de Physique des Lasers (LPL) à Villetaneuse. Elle traite de l’amplification optique sur les liens métrologiques fibrés et plus particulièrement de l’amplification Brillouin stabilisée. La troisième partie présente mon activité au LPL sur la stabilisation de peignes de fréquences compacts et leurs applications en métrologie des fréquences.
28 juin 2018 (Paris) - Soutenance d’habilitation à diriger des recherches de Rémi GEIGER : "Interférométrie atomique : de la physique fondamentale aux applications"

Rémi GEIGER soutiendra son habilitation à diriger des recherches le vendredi 28 juin 2018 à 14h sur le sujet « Interférométrie atomique : de la physique fondamentale aux applications ».

La soutenance aura lieu à l’Observatoire de Paris (77 av. Denfert-Rochereau, Paris 14ème) en salle Cassini, Bâtiment Perrault.

Résumé :

L’interférométrie à ondes de matière remonte aux premiers âges de la mécanique quantique, le concept d’ondes de matière ayant joué un rôle clé dans le développement de la théorie quantique. La réalisation d’expériences d’interférométrie avec diverses ondes de matière a motivé les efforts de plusieurs communautés travaillant avec des électrons, des neutrons, des atomes, des molécules ou de l’antimatière. Le domaine de l’interférométrie atomique s’est développé rapidement au sein de la communauté de la physique atomique, et plus encore depuis l’avènement des techniques de refroidissement d’atomes par laser dans les années 1980, offrant un niveau élevé de contrôle. Les interféromètres à atomes froids sont actuellement étudiés par plus de 40 laboratoires de recherche dans le monde et développés dans plusieurs entreprises. Ils couvrent un large éventail d’applications dans les tests de physique fondamentale, la métrologie, les géosciences, la navigation inertielle ou l’astronomie gravitationnelle. Dans cette présentation, je décrirai certains de mes projets de recherche liés aux mesures d’effets gravitationnels et inertiels avec des interféromètres à atomes froids au sein de l’équipe interférométrie atomique et capteurs inertiels du SYRTE à l’Observatoire de Paris.
8 février 2019 (Marseille) - Soutenance de thèse de Mathieu Collombon : "Résonance noire à trois photons sur un nuage d'ions Calcium confinés"

Mathieu COLLOMBON soutiendra sa thèse le 8 février 2019 à 11h sur le sujet « Résonance noire à trois photons sur un nuage d’ions Calcium confinés », préparée à PIIM, sous la direction de Martina Knoop.

La soutenance aura lieu en salle des thèses sur le campus de St-Jérôme à Marseille.

Vous êtes tous chaleureusement conviés au traditionnel pot de thèse qui suivra au service 322 (Cafétéria du labo).

Résumé :

Les travaux présentés dans cette thèse décrivent l’ensemble de la démarche expérimentale qui a été mise en place afin d’observer un piégeage cohérent de population à trois photons sur un nuage d’ions Calcium confinés en piège radio-fréquence. La réalisation d’un tel processus cohérent repose sur des contraintes expérimentales fortes concernant la relation de phase entre les trois lasers impliqués dans le processus d’interrogation ainsi que sur leurs finesses spectrales. Notre approche est basée sur l’optimisation des performances d’un laser stabilisé à 411 THz (729 nm) pour atteindre une stabilité de fréquence relative inférieure à 10−14 à 1 s. Ces performances ont ensuite été transférées vers un peigne de fréquence optique. Le comportement de cet instrument ainsi que les performances du transfert sont présentés dans ces travaux. Le peigne est alors utilisé comme oscillateur de transfert pour asservir les deux autres lasers impliqués dans l’interrogation des ions (866 nm et 794 nm). Grâce à ce travail sur la mise en relation des trois sources laser, ainsi que l’optimisation de leur qualités spectrales nous avons pu observer les premières résonances noires à trois photons dans le spectre de fluorescence des ions 40Ca+. Ces résultats originaux ainsi que les premières études systématiques du comportement de la résonance en fonction de différents paramètres expérimentaux sont présentés. L’analyse de ces résultats a permis de définir clairement les conditions expérimentales à respecter pour une potentielle utilisation métrologique de cette résonance qui émane d’une superposition cohérente d’état stable ou métastable.
20 décembre 2018 (Paris) - Soutenance de thèse de Xavier Alauze : "Optimisation d'un capteur de force à atomes ultrafroids piégés dans un réseau optique"

Xavier ALAUZE soutiendra sa thèse le 20 décembre 2018 à 14h sur le sujet « Optimisation d’un capteur de force à atomes ultrafroids piégés dans un réseau optique », préparée au SYRTE, sous la direction de Franck Pereira dos Santos.

La soutenance aura lieu dans l’amphithéâtre de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP), devant un jury composé de Vincent Josse, Athanasios Laliotis, Jean-François Roch et Alice Sinatra.

La soutenance sera en français.

Vous êtes tous chaleureusement conviés au traditionnel pot de thèse qui suivra, dans le restaurant de l’Observatoire de Paris.

Résumé :

Le projet ForCa-G (pour Force de Casimir-Polder et Gravitation) a pour objectif ultime la mesure de forces à courte distance entre un atome et une surface macroscopique. Notre capteur de force met en jeu des atomes de 87Rb piégés dans un réseau optique vertical où des transitions Raman à deux photons permettent de réaliser une superposition cohérente d’états spatialement séparés et de mesurer par interférométrie atomique la variation du potentiel dans la direction verticale. Au vu de la forte dépendance en position des forces d’interaction atome-surface, une très haute résolution spatiale du capteur est requise. Une résolution spatiale micrométrique de la mesure de force est atteinte en diminuant la taille de la source atomique par refroidissement évaporatif. La sensibilité relative, obtenue pour la mesure de la force de pesanteur, de 5.10-6 à 1 s, qui s’intègre jusqu’à 8.10-8 en 1 h, est à l’état de l’art pour une telle résolution spatiale. L’amélioration de cette résolution implique une augmentation de la densité atomique. Une étude des interactions atomiques est alors réalisée dans la configuration particulière de notre interféromètre à atomes piégés où nous avons un contrôle cohérent sur le recouvrement des paquets d’onde. An d’obtenir une résolution spatiale encore meilleure, nous voulons sélectionner un unique état propre du système. Notre choix s’est porté sur la mise en place d’un super-réseau qui lève la dégénérescence de l’incrément en énergie entre puits adjacents.
14 décembre 2018 (Villetaneuse) - Soutenance de thèse de Amine Chaouche Ramdane : "Développements expérimentaux pour la caractérisation et la stabilisation de sources laser auto-impulsionnelles à semi-conducteurs pour des applications en métrologie des fréquences"

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 dune 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 dune référence métrologique vers des sources largement accordables (diodes laser à cavité étendue). Lune est fondée sur une cavité Fabry Perot confocale et lautre 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 . Lanalyse détaillée de ces montages montre les limitations apportées par les modulations damplitude 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 dune source à verrouillage de modes par injection optique qui a permis de réduire la largeur spectrale du mode injecté dun facteur supérieur à 1000, de transférer la stabilité du laser dinjection à lensemble des modes du peigne de fréquences et de mesurer la stabilité à long terme des modes du laser injecté.
13 décembre 2018 (Paris) - Soutenance de thèse de Grégoire Vallet : "Détection non destructive en cavité pour une horloge à réseau optique au strontium"

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.
12 décembre 2018 (Besançon) - Soutenance de thèse de Grégoire Coget : "Horloge atomique Cs à piégeage cohérent de population avec protocole d’interrogation Auto-Balanced Ramsey"

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.
12 décembre 2018 (Besançon) - Soutenance de thèse de Jérémy Bon : "Résonateurs à ondes acoustiques de volume piégées à très basses températures : Application à l'optomécanique"

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.
11 décembre 2018 (Besançon) - Soutenance de thèse d'Etienne Vaillant : "Contribution à la mesure du bruit propre de résonateurs MEMS"

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.
3 décembre 2018 (Besançon) - Soutenance de thèse de Marianne Sagnard : "Conception et développement de composants à ondes élastiques de surface, dédiés à la détection passive et sans fil de grandeurs physique et au filtrage radiofréquence"

Marianne SAGNARD soutiendra sa thèse le 3 décembre 2018 à 14h sur le sujet « Conception et développement de composants à ondes élastiques de surface, dédiés à la détection passive et sans fil de grandeurs physique et au filtrage radiofréquence », préparée sous convention CIFRE DGA en partenariat avec FEMTO-ST et l’entreprise frec|n|sys, sous la direction de Jean-Michel Friedt et Thierry Laroche.

La soutenance aura lieu à lamphithéâtre Jean-Jacques Gagnepain, Temis Sciences, 15 avenue des Montboucons 25000 Besançon, devant un jury composé de Victor Plessky, Anne-Christine Hladky, Yann Kersalé, Sami Hage Ali, Alexandre Reinhardt, Jean-Michel Friedt, Thierry Laroche.

La soutenance sera en français et sera suivie d’un pot à l’ENSMM.

Résumé :

Les travaux décrits dans cette thèse ont pour but de conduire à la réalisation de capteurs et de filtres à ondes élastiques de surface (SAW) innovants, passifs et sans fil, dédiés à une utilisation en environnement sévère. Différentes structures de composants SAW sont alors étudiées.
Les caractéristiques générales, telles que les pertes dinsertion ou les bandes passantes relatives atteignables, des structures usuelles (résonateurs, lignes à retard, LCRF, filtres en échelle…) sont connues des experts du domaine. Cependant, pour concevoir un dispositif SAW qui respecte les critères dun cahier des charges donné, il est impératif de définir le comportement spécifique de chaque dispositif avant son envoi en production. Pour ce faire, des modèles numériques sont développés, qui incluent à la fois la possibilité danalyser le comportement de systèmes à la géométrie complexe (filtres en échelles, transducteurs apodisés) et qui prennent en compte la présence de phénomènes perturbateurs (modes transverses, pertes liées à la nature des matériaux). La comparaison entre les calculs numériques et les mesures a mis en avant ladéquation des résultats expérimentaux et de calculs.
La mise en place de ces outils permet le développement de capteurs et filtres SAW innovants grâce à une analyse numérique rapide et fiable de leur comportement. Ainsi, létude de résonateurs et capteurs dédiés à une utilisation à des températures excédant les 700°C est menée. Il est démontré quen dépit de son inhomogénéité, le Ba2TiSi2O8 est un matériau adapté à la réalisation de SAW soumis à des températures élevées pour des fréquences de lordre de 300 MHz jusquau GHz. Par ailleurs, une structure disposant dun transducteur à trois doigts par longueur dondes est utilisée dans le but de réaliser des résonateurs insensibles aux effets de la directivité lorsque la température évolue. Cette même configuration a mis en exergue la possibilité de réaliser des capteurs nutilisant quun seul résonateur (contre au moins deux jusquà présent). Ce dernier point permet de limiter lencombrement des composants et résout la problématique du vieillissement différentiel des structures.
Un second type de capteurs, passifs et sans fil, fondés sur lutilisation dun seul SAW et dédiés à la mesure dhygrométrie, a été étudié. Dans cette nouvelle configuration, un SAW de type LCRF est utilisé comme transpondeur et la zone sensible est externalisée. La sensibilité des modes (de plus dun MHz) à la variation dun élément capacitif ou dune antenne dipôle a été mise en avant numériquement. En pratique, la fabrication des dispositifs a montré une variation différentielle de plusieurs dizaines de kHz des résonances selon la condition électrique appliquée à lun des ports. Finalement, des filtres, dédiés aux applications stratégiques, agiles en fréquence sont réalisés.
Ces travaux mettent en lumière les capacités de prédiction du comportement des structures SAW grâce au développement de logiciels dédiés. De plus, létude et la réalisation de filtres et capteurs innovants ouvre la voie à de nouvelles fonctionnalités.
15 novembre 2018 (Meudon) - Soutenance de thèse de Hélène Pihan-Le Bars : "Des horloges atomiques à la mission MICROSCOPE : recherche de violations d'invariance de Lorentz"

Hélène PIHAN-LE BARS soutiendra sa thèse le 15 novembre 2018 à 14h sur le sujet « Des horloges atomiques à la mission MICROSCOPE : recherche de violations d’invariance de Lorentz », préparée au SYRTE sous la direction de Peter Wolf et l’encadrement de Christine Guerlin.

La soutenance aura lieu dans la salle de conférence du château de l’Observatoire de Paris sur le site de Meudon (bâtiment 9) – 5, place Jules Janssen, 92190 Meudon – devant un jury composé de Eric Gourgoulhon, Saïda Guellati-Khélifa, Robertus Potting, Joël Bergé et Isabelle Petitbon.

La soutenance sera en français et sera suivie d’un pot.
12 novembre 2018 (Besançon) - Soutenance de thèse de Guillaume Wong : "Développement de capteur à ondes élastiques de surface auto-encapsulés aux fréquences intermédiaires sous environnement précontraint"

Guillaume WONG soutiendra sa thèse le 12 novembre 2018 à 14h sur le sujet « Développement de capteur à ondes élastiques de surface auto-encapsulés aux fréquences intermédiaires sous environnement précontraint », préparée à FEMTO-ST au sein du Département Temps-Fréquence au sein de l’équipe CoSyMA sous la direction de Bernard DULMET (Professeur des Universités, ENSMM) et de Thomas BARON (Ingénieur de Recherche HDR, ENSMM).

La soutenance aura lieu aura lieu à l’amphithéâtre J-J Gagnepain à TEMIS Sciences (Besançon).

Membres du Jury :
– M. CRUNTEANU STANESCU Aurelian – Chargé de Recherche CNRS, XLIM – Rapporteur
– M. AUBERT Thierry – Maître de Conférences HDR, Centrale-Supélec – Rapporteur
– M. THERON Didier – Directeur de Recherche CNRS, IEMN – Examinateur
– M. CHOLLET Franck – Professeur des Universités, Université de Franche-Comté – Examinateur
– M. DULMET Bernard – Professeur des Universités, E.N.S.M.M – Directeur de thèse
– M. BARON Thomas – Ingénieur de Recherche HDR, E.N.S.M.M – Codirecteur de thèse

Vous êtes également invités à un pot qui aura lieu vers 16h30 au sein du département Temps-Fréquence à l’ENSMM.

Résumé : Cette thèse s’inscrit dans les recherches et le développement de composants à ondes élastiques de surface dans des environnements à « hautes températures » de plus de 600°C. L’objectif est la réalisation de composants auto-encapsulés à ondes élastiques de surface pouvant atteindre une température de 900°C. Dans ces travaux, nous introduisons une méthode de modélisation du système permettant une résolution unifiée par la méthode des éléments finis d’un biais inhomogène. Cette méthode permet d’effectuer un calcul direct du problème de biais et d’en extraire les paramètres calculés avec la méthode de perturbation ainsi que d’autres paramètres. Cette méthode contribue à l’amélioration du réalisme des simulations numériques de structures soumises à de larges variations des paramètres environnementaux. Nous décrivons dans ce manuscrit la démarche de l’étude, la conception, la réalisation et les tests de résonateurs à ondes de surface non-encapsulés pour des cycles de recuits sous air atteignant les 900°C ainsi qu’un banc de mesures permettant de réaliser les mesures in situ. Nous évoquons également la conception et réalisation de l’encapsulation de ces résonateurs par une technologie innovante par Wafer-Level Packaging pour les hautes températures.
25 juin 2018 (Paris) - Soutenance d’habilitation à diriger des recherches de Sébastien BIZE : "Development and applications of microwave and optical atomic frequency standards"

Sébastien BIZE soutiendra son habilitation à diriger des recherches le lundi 25 juin 2018 à 11h sur le sujet « Development and applications of microwave and optical atomic frequency standards ».

La soutenance aura lieu à l’Observatoire de Paris (77 av. Denfert-Rochereau, Paris 14ème) en salle J-F Denisse.
20 avril 2018 (Paris) - Soutenance de thèse de Namneet KAUR : "Transfert de temps à longue distance utilisant des liaisons à fibre optique et comparaison croisée avec des méthodes par satellite"

Namneet KAUR soutiendra sa thèse le 20 avril 2018 à 14h sur le sujet « Transfert de temps à longue distance utilisant des liaisons à fibre optique et comparaison croisée avec des méthodes par satellite », préparée au SYRTE sous la direction de Philip Tuckey et l’encadrement de Paul-Eric Pottie. Ce doctorat a été cofinancé par FIRST-TF.

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

=> Résumé de la thèse
27 mars 2018 (Paris) - Soutenance de thèse de François TRICOT : "Analyse et réduction des sources d’instabilité de fréquence dans une horloge CPT compacte"

François TRICOT soutiendra sa thèse le mardi 27 mars 2018 à 13h30 sur le sujet « Analyse et réduction des sources d’instabilité de fréquence dans une horloge CPT compacte », préparée au SYRTE sous la direction de Stéphane Guérandel.

La soutenance aura lieu dans l’amphithéâtre de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP), devant un jury composé de Agnès Maître, Frédéric Du Burck, Vincent Giordano, Virgile Hermann et Jean-Marc Lesage. L’entrée se fera au 77 avenue Denfer-Rochereau, 75014 Paris.

Résumé :

Ce travail de recherche effectué dans le cadre d’un contrat CIFRE-Défense porte sur l’étude des sources d’instabilité de fréquence d’une horloge atomique basée sur le piégeage cohérent de population. L’objectif est de démontrer une stabilité de fréquence d’horloge de l’ordre de 10^-13τ^-1/2 jusque 10 000 s. Une cellule de vapeur de césium est utilisée avec un schéma d’excitation à fort contraste en utilisant des polarisations linéaires croisées et une interrogation impulsionnelle de type Ramsey. Une première partie d’abord consacrée aux sources de bruit à court terme présente les travaux réalisés pour réduire le bruit de phase et le bruit de puissance laser, limitant tous deux les performances de l’horloge à 1 s d’intégration. L’optimisation de la chaine micro-onde avec un nouvel oscillateur local, et la réalisation d’un asservissement de puissance performant ont permis d’améliorer la stabilité de fréquence à 2,3×10^-13 à 1 s. L’analyse des fluctuations des paramètres de fonctionnement (puissance laser, champ magnétique, température, etc.) et la mesure de la fréquence d’horloge montrent que les variations de fréquence à moyen terme sont majoritairement limitées par les variations de puissance laser et celles du champ magnétique à 2×10^-14 à 2 000 s. Ces analyses démontrent aussi que les fluctuations de puissance laser, malgré l’asservissement, sont liées aux fluctuations de polarisation via les fluctuations de température de l’expérience. Pour finir, des études d’un laser bifréquence et bipolarisation pour une horloge CPT compacte sont présentées, ouvrant la voie vers l’industrialisation en réduisant le banc optique.

Mots clés : horloge atomique, cellule de vapeur, piégeage cohérent de population, franges de Ramsey, effet Dick, bruit d’intensité, stabilité de fréquence.
21 décembre 2017 (Paris) - Soutenance de thèse de Mehdi LANGLOIS : "Conception et réalisation d'un gradiomètre de gravité à atomes froids"

Mehdi Langlois soutiendra sa thèse le 21 décembre 2017 à 15h sur le sujet « Conception et réalisation d’un gradiomètre de gravité à atomes froids », préparée au SYRTE sous la direction de Franck Pereira dos Santos et l’encadrement de Sébastien Merlet.

La soutenance aura lieu dans l’amphithéâtre de l’Institut d’Astrophysique de Paris (IAP), devant un jury composé de Christophe Daussy, Laurence Pruvost, Saïda Guellati-Khélifa, Philippe Bouyer et Bruno Desruelle. L’entrée se fera au 77 avenue Denfer-Rochereau, 75014 Paris.

Résumé :

Cette thèse porte sur la conception et la réalisation d’une nouvelle expérience d’interféromètre atomique au SYRTE. Elle permettra de réaliser des mesures ultrasensibles du gradient vertical de gravité. Cette expérience fonctionnera à terme en utilisant comme source des atomes ultra-froids, préparés sur une puce à atomes. Elle utilisera comme séparatrices des transitions multiphotoniques, obtenues par diffraction de Bragg d’ordre élevé. Le transport des atomes sera assuré par des réseaux optiques en mouvement. Une première partie du dispositif expérimental a été assemblée et son fonctionnement a été validé en réalisant un interféromètre dual. Cet interféromètre est réalisé sur deux ensembles d’atomes produits successivement à partir de la même source d’atomes froids, et interrogés par une même paire de faisceaux Raman. Une nouvelle méthode d’extraction de la phase différentielle a été démontrée expérimentalement. Elle repose sur l’exploitation des corrélations entre les mesures de phase des interféromètres et une estimation de la phase sismique fournie par la mesure annexe d’un capteur classique.
Mots-clés : interférométrie atomique, atomes froids, capteur inertiel, gravimètre, gradiomètre, puce à atomes.
12 décembre 2017 (Paris) - Soutenance d’habilitation à diriger des recherches de Sylvain SCHWARTZ : "Nouvelles approches pour les mesures inertielles et l’information quantique avec de la lumière et des atomes"

Sylvain Schwartz soutiendra son habilitation à diriger des recherches le mardi 12 décembre à 14h sur le sujet « Nouvelles approches pour les mesures inertielles et l’information quantique avec de la lumière et des atomes ».

La soutenance aura lieu au Département de Physique de l’Ecole Normale Supérieure (24 rue Lhomond, Paris 5ème) en salle L363/L365.

Abstract:

Since its inception at the beginning of the twentieth century, quantum physics has triggered many practical applications including semiconductors and lasers. In turn, some of these applications allowed physicists to gain more control on quantum systems, holding great prospects for a second generation of applications where the laws of quantum physics are harnessed at the elementary level. The research that I have been involved in at Thales then at Harvard University spans across some of these applications, namely laser gyroscopes, atomic sensors and quantum simulators. I will describe a new type of ring laser gyroscope that we have developed at Thales, based on a solid-state gain medium, with the aim to reduce the cost and increase the lifetime of these devices. I will also discuss some recent proposals of enhancing the performance of optical rotation sensors with slow and fast light. I will then move on to our project of atom-chip interferometry with thermal atoms, and discuss the potential applications in the field of acceleration measurements. Finally, I will describe the work that I have been doing at Harvard on a quantum simulator based on a defect-free chain of 51 neutral atoms interacting through their Rydberg states, which can be programmed and operated in a regime where classical simulations are no longer tractable. To conclude, I will present some future directions in the field of quantum technologies exploiting the synergies between these different projects.
12 décembre 2017 (Paris) - Soutenance de thèse de Meropi MORFOULI : "De la précision dans la mesure du temps à la théorie de la gravitation universelle (1630-1740)"

Meropi Morfouli soutiendra sa thèse le 12 décembre 2017 à 14h30 sur le sujet « De la précision dans la mesure du temps à la théorie de la gravitation universelle (1630-1740) », préparée sous la direction de Christian Bracco et d’Efthymios Nicolaidis.

La soutenance aura lieu en salle L361 de l’ENS, 24 rue Lhomond, 75005 Paris.

Résumé :

La précision dans la mesure du temps est considérée par l’historiographie comme un élément qui a émergé simultanément avec la géométrisation des phénomènes naturels. Les savants du XVIIe siècle sont ainsi étudiés dans ce cadre comme des Philosophes Naturels qui considèrent comme seul argument fiable les résultats quantitatifs de mesure et de précision. Dans cette thèse nous avons étudié cette émergence, dans le cadre emblématique de la théorie gravitationnelle de Newton. Dans un premier temps nous avons défini la précision du temps comme un élément qui demande une amélioration constante par le biais des instruments. Nous avons ensuite découpé la connaissance scientifique en trois parties distinctes : la construction de la théorie, son application et la confirmation de cette dernière. Nous avons étudié la précision dans la mesure du temps et son rôle en tant qu’élément de validation dans les trois parties en mettant l’accent sur la première. Dans ce cadre d’étude nous avons démontré que la thèse couramment répandue dans l’historiographie jusqu’ici est problématique. La précision dans la mesure du temps n’a pas de relation de causalité directe avec la géométrisation de la nature. Son importance au sein des théories, au cas par cas, est évolutive et s’est pendant longtemps retrouvée cantonnée dans les aspects techniques du savoir avant de trouver en retour une place importante dans la théorie. L’étude des aspects techniques nous ont amené à l’exploration de documents liés à la détermination des longitudes en mer, et sa relation intrinsèque au développement du commerce entre continents. Dans ce cadre nous avons détaillé des aspects jusque là obscurs du « mesureur de temps » de Galilée, proposé par ce dernier comme un instrument de grande précision qui participe à la solution des longitudes.
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 P₃_w/P_w > 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.
1^er 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 1^er 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 T_R 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 T_R.
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