Développement d’une horloge Cs CPT compacte utilisant un
VECSEL bi-fréquence métrologique
Dans le cadre de cette thèse, nous proposons d’étudier et de mettre en oeuvre une horloge à
piégeage cohérent de population du césium (Cs CPT), compacte et ultra-stable, basée sur
l’utilisation d’un laser bi-fréquence métrologique. La thèse portera sur l’évaluation de son
fonctionnement, en visant des stabilités de fréquence inférieures à 5x10-13 à 1 s et 2x10-14 à 1 h,
sans précédent dans cette catégorie d’horloge.
La thèse exploitera un laser bifréquence basé sur l’utilisation d’un ½-VCSEL (Vertical Cavity
Surface Emitting Laser), optimisé à 852 nm pour adresser la raie d’absorption D2 du césium. Ce
laser repose sur une architecture de cavité externe novatrice permettant à la fois de générer
deux états propres de polarisation croisés et d’accorder leur fréquence respective sur deux
niveaux hyperfins particuliers de la raie D2. Une architecture optimale a été définie grâce à une
analyse approfondie des sources de bruit du laser, critiques pour atteindre la très grande stabilité
de l'horloge finale, et déjà menée par le Laboratoire Aimé Cotton (LAC). Avec leur collaboration,
des travaux pourront porter sur la validation de l’analyse du bruit propre au fonctionnement du
laser bi-fréquence réalisé. Dans le cadre de cette thèse, le laser sera interfacé avec un
résonateur atomique dédié et un banc électro-optique miniature pour permettre la démonstration
d’une horloge d’une stabilité inférieure à 5x10-13 à 1 s. Avec la collaboration du laboratoire
Systèmes de Référence Temps-Espace (SYRTE), la thèse portera sur l’analyse de l’évolution
des composantes du bruit le long de la chaîne constituant l’horloge et leur impact sur la stabilité
de fréquence souhaitée.
Cette thèse, menée à Thales Research & Technology (TRT), associe les compétences
spécifiques et complémentaires de trois partenaires dont l'expertise est mondialement reconnue.
Le SYRTE apportera ses compétences uniques sur la réalisation, l’évaluation et la
compréhension des horloges atomiques ultra-stables ; le LAC apportera ses connaissances
approfondies sur le bruit et la dynamique des lasers à très faible bruit. ; TRT apportera son
expertise sur les VECSELs bi-fréquence métrologiques ainsi que la réalisation globale de
l’horloge.
Contacts :
Ghaya Baili :
ghaya.baili@thalesgroup.com
François Gutty :
francois.gutty@thalesgroup.com