Les oscillateurs piézoélectriques ne permettent aujourd’hui pas d’obtenir des stabilités de fréquence meilleures que 5. 10^-14 sur quelques secondes d’intégration, ce qui pose des limitations pour certaines applications très exigeantes.

Les oscillateurs micro-ondes cryogéniques à modes de galerie, développés initialement dans les années 1980 par des équipes australiennes pour la détection d’ondes gravitationnelles, permettent aujourd’hui de générer des signaux ayant des puretés spectrales et des stabilités court terme de fréquence de un à deux ordres de grandeur meilleures que celles des oscillateurs à quartz.

Dans ces oscillateurs, le champ électromagnétique oscillant, à des fréquences de l’ordre de 10 GHz, est localisé à la surface d’un monocristal de saphir contenu dans une cavité résonante micro-onde. La localisation du champ à la surface du cristal suivant un mode de galerie permet de minimiser considérablement les pertes par absorption, conduisant ainsi à des facteurs de qualité de la résonance extrêmement élevés. Ce principe est identique à celui qu’on observe dans les « galeries des chuchotements » dont celle très célèbre de la Cathédrale Saint Paul de Londres. De plus, le fonctionnement de ces oscillateurs à des températures cryogéniques, à la température de l’hélium liquide, est un atout pour s’affranchir du bruit thermique affectant les dispositifs opérant à température ambiante.

Le record de performances de ces oscillateurs est une stabilité de fréquence de 7. 10^-16 pour des durées d’intégration de 1 seconde à quelques heures.