Photo d’une cavité laser femtoseconde Titane-Saphir.

Les horloges optiques développées au laboratoire visent à produisent des étalons de fréquences qui consistent en des lasers ultra-stables référencés sur des transitions atomiques hyper-étroites. Les fréquences d’oscillation de ces étalons de fréquences sont typiquement de plusieurs centaines de Tera-Herz (fréquences optiques allant du proche infra-rouge à l’ultra-violet). A de telles fréquences, il est bien entendu impossible d’utiliser directement le signal oscillant pour un système de mesure de temps car aucun système électronique ne peut aller aussi vite. Si les solutions traditionnelles à base de chaînes de fréquences très lourdes et très complexes à opérer étaient traditionnellement développées au SYRTE, comme dans quelques rares autres laboratoires de métrologie dans le monde, la solution consiste aujourd’hui en l’utilisation de peignes de fréquences optiques auto-référencés basés sur des lasers à impulsions ultra-courtes femtosecondes. L’invention et la réalisation de ce type de technologies ont values à T. Hansch et J. Hall le prix Nobel de physique en 2005.

La comparaison entre deux horloges optiques fonctionnant à des longueurs d’ondes différentes (comme en particulier l’horloge à Mercure et l’horloge à Strontium du laboratoire) nécessite donc l’utilisation de peignes de fréquences performants. De même, afin d’effectuer le lien entre les étalons de fréquences optiques et les références primaires du laboratoire (à bases d’horloges micro-ondes), il est impératif de disposer de peignes de fréquences fiables et à des niveaux de performances exceptionnels.

Les projets de recherches liés aux peignes de fréquences optiques du laboratoire ont pour objectif principal de réaliser des systèmes suffisamment performants pour ne pas dégrader les signaux issus des horloges optiques, autant pour les comparaisons optique-optique que optique-micro-ondes. On citera également la génération de signaux micro-ondes à très bas bruit de phase, en collaboration avec le projet "Oscillateur photonique" de l’équipe "fréquences micro-ondes".

Deux types de dispositifs sont actuellement développés : les peignes basés sur les lasers femto-secondes Titane-Sapphire, et ceux basés sur les lasers femto-secondes à fibre dopés Erbium, dont les performances et la fiabilité sont en constante amélioration.

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Yann Le Coq

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