Thèse soutenue en 2016 - Domaine Temps-Fréquence

Résumé de la thèse

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le développement de références de fréquence optique, ou lasers ultra-stables. Ceux-ci sont obtenus en asservissant la fréquence d’un laser sur une cavité Fabry-Perot de haute finesse. Un premier laser est asservi sur une cavité commerciale en verre ULE et une stabilité relative de fréquence de 1,9×10-15 est obtenue à 1 s. Ce signal optique est transféré dans le domaine des fréquences micro-ondes par un laser femto-seconde.

Le signal obtenu à10 GHz dispose d’un bruit de phase de –104 dBc/Hz à 1 Hz. Dans un second temps, une cavité ultra-compacte de 25 mm est développée. Des simulations par éléments finis poussées ont conduit à la fabrication d’une nouvelle géométrie de cavité, dotée de coefficients de sensibilité accélérométriques simulés inférieurs à 10-12/(m·s–2) selon toutes les directions. Une enceinte à vide compacte, munie d’un banc optique embarqué, a été réalisée de façon à limiter le volume du système complet à environ 40 L. Enfin, une cavité cryogénique en silicium a été conçue. Régulée à une température de 17 K, elle sera limitée par son bruit thermique à un palier de stabilité relative de fréquence de 3×10-17. Un cryogénérateur à faibles vibrations est utilisé pour atteindre cette température. Des modélisations par éléments finis de la cavité ont permis d’obtenir une sensibilité accélérométrique simulée de 4,5×10-12/(m·s–2).

Mots clés

cavité Fabry-Perot ultrastable, asservissement de fréquence, laser femtoseconde, Cavité en silicium cryogénique