Résumé de la thèse

Une horloge à réseau optique combine les avantages de piégeage des horloges à ions et les horloges à atomes neutres. En effet cette configuration idéale permet de réaliser un régime de confinement fort comme le régime Lamb-Dicke tout en travaillant avec un grand nombre d'atomes. Contrairement aux horloges à ions, une horloge à réseau optique nécessite des puissances lasers importantes pour placer les atomes dans le régime Lamb-Dicke, ce qui induit généralement un décalage différentiel des niveaux d'horloge. Cependant le concept de la longueur d'onde magique a permis de supprimer, au premier ordre, les perturbations induites par le piège. Le mémoire présente les dernières avancées de l'horloge à réseau optique à atomes de mercure du LNE-SYRTE. Ainsi, il passe en revue les performances actuelles des différentes horloges optiques actuellement développées, l'accent étant mis sur le concept d'horloge à réseau optique et sur les particularités de l'atome de mercure qui le rendent un excellent candidat pour la réalisation d'une horloge à réseau optique. La deuxième partie est consacrée à la caractérisation du piège magnéto-optique (PMO) via un système de détection assez sensible, ce qui a permis d'évaluer la température des différents isotopes présents dans le PMO ainsi que la mise en évidence d'un refroidissement subDoppler des isotopes fermioniques. Il s’en suit la réalisation du piégeage des atomes de mercure qui est une tache redoutable vu la gamme de longueurs d'ondes magiques prédites par la théorie (362 ± 5) nm. La troisième partie présente les aspects expérimentaux de la réalisation et la mise en place de la source laser nécessaire au piégeage des atomes de mercure fonctionnant à la longueur d'onde magique prédite par la théorie suivi d'une description de la cavité de surtension mise en place pour la réalisation du réseau optique. Tout ce travail a permis de réaliser la première spectroscopie de la transition 1S0 → 3P0 dans le régime Lamb-Dicke pour l'isotope 199Hg. Avec l'utilisation du système laser ultrastable lié à la référence primaire du LNE-SYRTE, il a été déterminé la fréquence centrale de la transition pour une large gamme de longueur d'onde et profondeurs du piège et l'analyse de ces mesures a permis de réaliser la première détermination expérimentale de la longueur d'onde magique, démontrant ainsi la faisabilité d'une horloge optique à atomes de mercure de haute exactitude.

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Université Paris 6 Pierre et Marie Curie – Physique

Thèse soutenue le 23 février 2012