Résumé de la thèse
Cette thèse porte sur le développement d’un dispositif laser à 1,54 µm, triplé en fréquence et stabilisé en fréquence sur une transition hyperfine de l’iode moléculaire au voisinage de 514 nm. Une partie importante de ce travail est consacrée au triplage de fréquence (ω vers 3ω) de la source IR, ainsi qu’à la modulation en phase de la radiation IR (ω), pour sonder la vapeur moléculaire d’iode dans le vert (3ω). La spectroscopie sub-Doppler de l’iode implique une modulation de phase par un électro-optique, un asservissement le la puissance optique par un modulateur acousto-optique et deux cristaux non linéaires cascadés en Niobate de lithium. Une puissance harmonique supérieure à 100 mW a été générée à 514 nm, à partir d’une puissance fondamentale inférieure à 1 W à 1,54 µm. Le banc laser est totalement fibré. La puissance électrique totale nécessaire pour réaliser les opérations de modulation de phase et d’amplitude, ainsi que le triplage de fréquence est inférieure à 30 W. Ce dispositif laser permet de fournir simultanément trois radiations intenses, stabilisées en fréquence, à 1,54 µm, 772 nm et 514 nm. La seconde partie du dispositif est un banc de spectroscopie laser très compact qui est basé sur une courte cellule en quartz scellée, contenant une vapeur d’iode moléculaire. Une puissance optique inférieure à 10 mW dans le vert est suffisante pour détecter les transitions hyperfines de l’iode, de grand facteur de qualité au voisinage de 514 nm (Q supérieur à 2×109). Une stabilité de fréquence de 3×10-14 τ-1/2 avec un minimum de 4×10-15 à 200 s a été démontrée dans le cadre de cette étude par une modulation de phase dans le vert. Dans le cas d’une modulation de phase dans l’infrarouge, une stabilité de fréquence de 4,7×10-14 τ-1/2 a été obtenue. Cette étude a permis d’identifier les points clés permettant de mettre en place dans le futur proche, un dispositif laser stabilisé, totalement fibré, d’un volume inférieur à 10 L. Une limitation de la stabilité de fréquence à moyen terme, importante et inattendue dû au champ magnétique environnant a été mise en évidence, au niveau de 10-15/mGauss. Ce développement pourrait répondre aux besoins de nombreux projets spatiaux nécessitant des liens optiques ultrastables en fréquence, inter-satellites ou bord-sol, pour la géodésie spatiale (GRICE), la mesure du champ gravitationnel terrestre (GRACE FO, NGGM), la détection d’ondes gravitationnelles (LISA), etc.
Mots clés
métrologie de fréquence, asservissement en fréquence, horloge optique à iode, laser ultra-stable, optique non linéaire, triplage de fréquence, laser de télécommunication, 1,5 µm, 514 nm, effet Zeeman