Résultat de la recherche
Évaluation métrologique de l'étalon primaire de fréquence à atomes froids de césium FOCS-2
Ce travail de recherche s'inscrit dans la continuité des études, menées depuis 20 ans à l'Observatoire Cantonal de Neuchâtel, pour réaliser un étalon primaire de fréquence fonctionnant avec un jet continu d'atomes froids et lents. Ces développements théoriques et expérimentaux ont conduit à la construction de deux horloges à fontaine continue FOCS-1 et FOCS-2. Ce document expose les dernières améliorations et les premières mesures d'évaluation du second étalon primaire de fréquence effectuées ces trois dernières années au Laboratoire Temps-Fréquence de l'Université de Neuchâtel.
Dans la première partie, nous présentons le développement et l'implémentation d'une nouvelle méthode de préparation d'état utilisée pour améliorer la stabilité de fréquence à court terme de l'étalon. Nous avons montré qu'en utilisant un schéma de pompage optique à deux lasers, il est possible de combiner simultanément préparation d'état et refroidissement Sisyphe. Grâce à cette technique, nous avons réussi à préparer 60% des atomes dans le niveau
Collimation d'un jet continu d'atomes de césium par refroidissement laser
Ce travail de recherche s'inscrit dans le cadre du développement d'une horloge atomique à fontaine, FOCS-1, à l'Observatoire cantonal de Neuchâtel. FOCS-1 est un étalon de fréquence qui utilise un jet continu d'atomes de césium froids, en géométrie de fontaine. Depuis la découverte du refroidissement d'atomes par laser, les jets d'atomes froids et lents (quelques mK et quelques m/s) jouent un rôle encore plus important dans les expériences de haute précision, en particulier dans les horloges atomiques à fontaine. Dans ce contexte, l'approche à jet continu suivie par l'Observatoire cantonal est intéressante parce qu'elle permet de diminuer de façon considérable tous les effets indésirables liés à la densité, ainsi que l'effet Dick qui est inévitable dans les jets pulsés. Toutefois, pour profiter pleinement de l'avantage de cette approche, nous devons augmenter le flux utile, et une façon d'y parvenir est de collimater le jet atomique, ce qui fait l'objet de ce travail de recherche. Pour effectuer la collimation, nous avons fait appel aux techniques les plus récentes de refroidissement d'atomes par laser. Nous utilisons un laser puissant et très désaccordé pour créer un réseau optique de dimension 2 dans lequel nous avons successivement piégé et refroidit les atomes jusqu'au niveau de vibration fondamental. Ce réseau optique utilise une géométrie originale qui a l'avantage de combiner stabilité intrinsèque de phase, symétrie, et recyclage de la lumière. Nous avons expérimenté plusieurs mécanismes de refroidissement: Sisyphe, sideband Raman dégénéré par effet Zeeman, et sideband Raman dégénéré par effet Stark. Avec le refroidissement sideband Raman dégénéré par effet Zeeman, nous avons obtenu une excellente collimation (diminution de la température transverse de 60 mK à 1.6 mK) bien que l'efficacité de capture reste assez faible, environ 10%. D'un autre côté, le refroidissement Sisyphe s'est avéré très efficace, environ 100%, et nous avons montré qu'il peut être utilisé pour une étape de pré-collimation avant le refroidissement sideband. Finalement, nous avons mené une étude préliminaire du refroidissement sideband Raman dégénéré par effet Stark. Bien que nous n'ayons pas observé de collimation, nous avons identifié quelques pistes pour y parvenir. Ce refroidissement présente un grand intérêt pour les horloges atomiques car il prépare les atomes dans un état insensible au champ magnétique.