Horloge à piégeage cohérent de population (CPT) basée sur une cellule à vapeur chaude de césium

Horloge à piégeage cohérent de population (CPT : Coherent population trapping) basée sur une cellule à vapeur chaude de césium. Elle comprend un laser à 895 nm (infrarouge) modulé par un modulateur électro-optique afin d’obtenir une microonde à 9,2 GHz. Cette horloge permet d’obtenir une référence de fréquence très stable, basée sur la transition microonde atomique. Elle a pour vocation d’être industrialisée afin de servir de référence de fréquence transportable.

Laser stabilisé en fréquence sur une cavité Fabry-Perot en silicium monocristallin à très basse température

Laser stabilisé en fréquence sur une cavité Fabry-Perot en silicium monocristallin à très basse température. Au premier plan, sur la table du cryogénérateur la partie expérimentale où se situe la cavité Fabry Pérot, réchauffée à 18 kelvins avec à gauche, et au fond la tête du tube pulsé du cryogénérateur qui atteint 4 kelvins à son point le plus froid. Au second plan à droite, l’ensemble de l’électronique de contrôle de la fréquence et de la puissance du laser, de la température et de la pression dans le cryogénérateur. Ce laser fait partie d’un ensemble de trois lasers ultrastables développés pour obtenir des références de fréquences dans le domaine optique. Il est conçu pour être le plus stable des trois dans des temps de mesures allant de 1 à 1 000 secondes.

Enceinte à vide contenant une cavité Fabry-Perot compacte

Salle du département Temps fréquence du laboratoire FEMTO-ST. A gauche, sur la table d’optique, l’enceinte à vide contenant une cavité Fabry-Perot compacte, et au fond à droite le poste de contrôle Refimeve+ (REseau FIbré MEtrologique à Vocation Européenne+). Le projet Refimeve+ s’appuie sur une première scientifique mondiale, le transfert longue distance d’une fréquence optique ultrastable sur un réseau Internet sans perturbation du trafic.

Poste de contrôle Refimeve+

Poste de contrôle Refimeve+ (REseau FIbré MEtrologique à Vocation Européenne+). Ce projet s’appuie sur une première scientifique mondiale, le transfert longue distance d’une fréquence optique ultrastable sur un réseau Internet sans perturbation du trafic. FEMTO-ST est partenaire de ce projet qui va permettre aux agences et laboratoires nationaux impliqués dans le domaine du Temps-fréquence de disposer d’une référence de fréquence provenant du SYRTE, à l’Observatoire de Paris.

Cavité Fabry-Perot compacte utilisée pour la stabilisation en fréquence d’une source laser. La cavité est placée dans une enceinte à vide compacte et isolée des fluctuations extérieures de température par des écrans thermiques. Les parties optiques et électroniques, situées autour de l’enceinte à vide, permettent la stabilisation de la fréquence du laser sur une fréquence de résonance de la cavité. Le faible encombrement induit par cette cavité a pour avantage de la rendre transportable.

Cavité Fabry-Perot compacte utilisée pour la stabilisation en fréquence d’une source laser

Disque en matériau cristallin non-linéaire dans lequel de la lumière est injectée de chaque côté

Disque en fluorure de magnésium, matériau cristallin non-linéaire, dans lequel de la lumière est injectée de chaque côté (sens horaire et anti-horaire) au moyen de deux lentilles. Cette lumière tourne à l’intérieur du disque pendant une microseconde, soit environ 220 m à la vitesse de la lumière. En appliquant une rotation à l’ensemble du dispositif expérimental, les deux faisceaux en sortie se sont désynchronisés (effet Sagnac). La maîtrise et la quantification de cette désynchronisation permettent de remonter à l’origine du phénomène et de déterminer la vitesse de rotation. Une des applications possibles est la réalisation de gyroscopes autonomes, sans contact avec l’extérieur, comme pour les sous-marins nucléaires.

Observation au microscope d’un disque en matériau cristallin non-linéaire dans lequel de la lumière est injectée de chaque côté

Observation au microscope d’un disque en fluorure de magnésium, matériau cristallin non-linéaire, dans lequel de la lumière est injectée de chaque côté (sens horaire et anti-horaire) au moyen de deux lentilles. Cette lumière tourne à l’intérieur du disque pendant une microseconde, soit environ 220 m à la vitesse de la lumière. En appliquant une rotation à l’ensemble du dispositif expérimental, les deux faisceaux en sortie se sont désynchronisés (effet Sagnac). La maîtrise et la quantification de cette désynchronisation permettent de remonter à l’origine du phénomène et de déterminer la vitesse de rotation. Une des applications possibles est la réalisation de gyroscopes autonomes, sans contact avec l’extérieur, comme pour les sous-marins nucléaires.

Affichages dans la salle des mesures

Affichages dans la salle des mesures de l’institut UTINAM. En haut à gauche, le jour julien 58315 (comptage des jours en continu depuis 1858) et l’heure de référence donnée par les horloges atomiques à jet de césium de l’institut : 12h45 et 55 secondes. En dessous, le jour julien et l’affichage de l’heure de France inter. Tout en bas, le chronomètre utilisé pour les mesures de comparaisons internes entre les différents étalons et instruments sous étalonnage au laboratoire.

Contrôle visuel des comparaisons de phase entre les trois horloges atomiques à jet de césium

Contrôle visuel des comparaisons de phase entre les trois horloges atomiques à jet de césium de l’institut UTINAM. Les horloges atomiques offrant la meilleure échelle de temps, l’une d’elles sert de pivot et horloge de référence pour les deux autres. Ces tracés fournissent un aperçu rapide en temps réel du comportement des horloges. Sur cette impression : 1 cm représente 1h (axe vertical) et 1 carreau représente 1 milliardième de seconde (axe horizontal).