Banc optique d’une horloge à réseau optique à atomes de mercure

Banc optique d’une horloge à réseau optique à atomes de mercure, générant un laser vert, de longueur d’onde 508 nanomètres et le guidant vers un système de doublage de fréquence qui génère un laser de 254 nanomètres. Dans une enceinte à ultravide, les atomes sont piégés dans un piège magnéto-optique via des lasers de longueur d’onde 254 nanomètres et transférés dans un réseau optique dipolaire, autre type de piège obtenu à l’aide d’une onde laser intense à 362 nanomètres. Les atomes de mercure sont ensuite interrogés à l’aide d’un laser ultrastable à 265,6 nanomètres, longueur d’onde de la transition horloge du mercure, très insensible à son environnement (notamment la température et les champs électriques). Cet atome permet donc de réaliser une horloge très reproductible voire très exacte.

Enceinte à vide d’une horloge à réseau optique à atomes de mercure

Enceinte à vide d’une horloge à réseau optique à atomes de mercure. Dans cette enceinte, les atomes sont piégés dans un piège magnéto-optique via des lasers de longueur d’onde 254 nanomètres et transférés dans un réseau optique dipolaire, autre type de piège obtenu à l’aide d’une onde laser intense à 362 nanomètres. Les atomes de mercure sont ensuite interrogés à l’aide d’un laser ultrastable à 265,6 nanomètres, longueur d’onde de la transition horloge du mercure, très insensible à son environnement (notamment la température et les champs électriques). Cet atome permet donc de réaliser une horloge très reproductible voire très exacte.

Contrôle de la fréquence des lasers d’une expérience de trous brûlés spectraux

Contrôle de la fréquence des lasers d’une expérience de trous brûlés spectraux. Cette expérience permet d’asservir la fréquence d’un laser. Deux faisceaux laser sont combinés et envoyés vers un cristal afin d’y sonder des ions. Le signal est ensuite détecté par deux photodiodes pour mesurer d’une part la différence de phase induite par les ions entre ces deux faisceaux, et d’autre part le décalage entre la fréquence d’un des lasers et la fréquence propre des ions dans le cristal. Pour que l’expérience soit concluante, il est primordial de pouvoir contrôler, via ce moniteur, que les fréquences des lasers utilisés sont bien celles attendues. L’objectif est d’utiliser les ions comme des références de fréquence et de réaliser un laser avec une stabilité de fréquence inégalée.

Expérience de trous brûlés spectraux stables en fréquence, permettant d’asservir la fréquence d’un laser

Expérience de trous brûlés spectraux stables en fréquence, permettant d’asservir la fréquence d’un laser. Sur le banc optique, des modulateurs acousto-optiques permettent de manipuler la fréquence de deux faisceaux laser de manière rapide et flexible. Ils sont ensuite combinés et envoyés vers un cristal afin d’y sonder des ions. Le signal est ensuite détecté par deux photodiodes pour mesurer d’une part la différence de phase induite par les ions entre ces deux faisceaux, et d’autre part le décalage entre la fréquence d’un des lasers et la fréquence propre des ions dans le cristal. L’objectif est d’utiliser ces ions comme des références de fréquence et de réaliser un laser avec une stabilité de fréquence inégalée.

Système de génération de signaux micro-ondes de très haute pureté spectrale par un peigne de fréquence optique

Système de génération de signaux micro-ondes de très haute pureté spectrale par un peigne de fréquence optique. Les signaux micro-ondes à très bas bruit de phase sont de grande importance dans de multiples technologies (radars, télecommunications, synchronisation de grands instruments scientifiques,…). La technique innovante développée au SYRTE utilise un peigne de fréquences optique basé sur un laser femto-seconde dont les impulsions lumineuses sont détectées par une photodiode. Cela permet de réaliser le signal micro-onde permettant l’obtention des signaux les plus spectralement purs jamais réalisés dans le domaine micro-onde.

Observation d’un signal de synchronisation d’un système de transfert de temps ultrastable par fibre optique

Observation d’un signal de synchronisation d’un système de transfert de temps ultrastable par fibre optique, à l’aide d’un oscilloscope ultra-rapide. Sur l’écran de l’oscilloscope, le signal de synchronisation est représenté par le passage d’un signal haut à un signal bas, passage qui doit être le plus bref possible pour gagner en précision. Il est répété toutes les secondes, pour correspondre à un pulse de temps, un tic d’horloge. Ces signaux peuvent être transportés sur les réseaux de télécommunication de RENATER, réseau dédié à l’enseignement et à la recherche, pour diffuser des références de temps.

Station d’émission Refimeve+ disséminant un signal de référence optique

Station d’émission Refimeve+ (Réseau Fibré Métrologique à Vocation Européenne) disséminant un signal de référence optique à 1,5 micromètres dans des réseaux optiques fibrés à destination de l’Angleterre, l’Allemagne, l’Italie et de laboratoires en France. Elle utilise un canal spectral réservé du réseau domestique RENATER pour envoyer une fréquence extrêmement bien définie. Des systèmes optoélectroniques actifs, développés conjointement par le LPL et le SYRTE, et déployés au SYRTE et dans les relais le long du tracé de la fibre, compensent le bruit produit lors de la propagation des signaux dans les fibres. A la station de réception, une partie du faisceau va être renvoyé dans la même fibre pour corriger en temps réel le bruit de propagation et syntoniser les deux fréquences. Les développements technologiques issus de cette expérience ont été transférés à la société MuQuans et sont disponibles sur le marché.

Station d’émission Refimeve+ disséminant un signal de référence optique

Éléments du banc optique générant un faisceau laser bleu utilisé pour refroidir et piéger les atomes au centre de l’enceinte à vide d’une horloge à réseau optique au strontium

Éléments du banc optique générant un faisceau laser bleu utilisé pour refroidir et piéger les atomes au centre de l’enceinte à vide d’une horloge à réseau optique au strontium. Une puissance dans le bleu de l’ordre de 200 à 300 milliwatts est nécessaire pour permettre de piéger les atomes, afin de permettre à un faisceau laser rouge d’interroger la transition atomique. Une fois ses performances caractérisées, l’horloge est utilisée en métrologie du temps, pour calibrer les échelles de temps internationales, et pour tester les lois fondamentales de la physique.

Banc optique générant un faisceau laser bleu utilisé pour refroidir et piéger les atomes au centre de l’enceinte à vide d’une horloge à réseau optique au strontium

Banc optique générant un faisceau laser bleu utilisé pour refroidir et piéger les atomes au centre de l’enceinte à vide d’une horloge à réseau optique au strontium. Une puissance dans le bleu de l’ordre de 200 à 300 milliwatts est nécessaire pour permettre de piéger les atomes, afin de permettre à un faisceau laser rouge d’interroger la transition atomique. Une fois ses performances caractérisées, l’horloge est utilisée en métrologie du temps, pour calibrer les échelles de temps internationales, et pour tester les lois fondamentales de la physique.