Le fonctionnement d’une fontaine atomique est séquentiel (temps de cycle de 1 à 1,6 s). A chaque cycle, quelques 106 à 107 atomes sont capturés dans une mélasse optique, à l’intersection de six faisceaux lasers, puis refroidis à une température de l’ordre du µK, à partir d’une vapeur atomique ou d’un piège magnéto-optique à deux dimensions. Ils sont ensuite lancés verticalement dans l’enceinte à vide à une vitesse de quelques m/s. Ils y effectuent un vol balistique, atteignant une apogée de l’ordre de 1 m, (...)
Horloges à fontaines atomiques
Le SYRTE est le laboratoire pionnier dans le développement des fontaines atomiques. La première horloge de ce type exploitée en métrologie temps-fréquence est en fonctionnement depuis 1993. Les fontaines atomiques exploitent les techniques de refroidissement d’atomes par laser, ce qui permet un gain en performances de plusieurs ordres de grandeur par rapport aux horloges conventionnelles à jet thermique : leur stabilité de fréquence relative atteint quelques 10-14 à une seconde et leur exactitude quelques 10-16.
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Principe de fonctionnement
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Stabilité et exactitude de fréquence
Depuis 1967, la seconde du système d’unités international est définie à partir d’une résonance de l’atome de césium 133, correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins |F = 3> et |F = 4> de l’état électronique 6S1/2. La fréquence de cette transition a été fixée à une valeur conventionnelle ν0=9 192 631 770 Hz, pour un atome isolé.
Les performances des horloges sont caractérisées par leur stabilité et leur exactitude de fréquence : la stabilité est la capacité du dispositif à reproduire la même (...) -
L’ensemble de fontaines atomiques du SYRTE
Trois fontaines atomiques sont opérationnelles au SYRTE (Le SYRTE a développé 3 fontaines atomiques) :
FO1 qui fut la première fontaine à 133Cs construite et exploitée en métrologie temps-fréquence. Son enceinte à vide est adaptée à la mise en place de dispositifs de test pour mesurer l’effet Stark ou l’effet du rayonnement du corps noir et elle a servi à qualifier la cavité d’interrogation de l’horloge spatiale PHARAO.
FO2 est une fontaine double unique au monde, fonctionnant simultanément avec des (...) -
Applications des fontaines atomiques
Contributions aux échelles de temps internationales La première application des fontaines atomiques est de réaliser la seconde du Système d’unités International (SI). C’est le BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), qui est en charge de centraliser les données des laboratoires contributeurs et de calculer les échelles de temps internationales : UTC (Temps Universel Coordonné) et TAI (Temps Atomique International), ainsi que la seconde du SI. Actuellement, sur la vingtaine de fontaines (...)