Résumé de la thèse
Les travaux présentés dans cette thèse de doctorat portent sur l’étude et la réalisation d’un système de génération de signaux micro-ondes à très bas bruit de phase et à haute stabilité de fréquence. De tels signaux sont obtenus en asservissant en fréquence le taux de répétition d’un laser femtoseconde à fibre sur une référence de fréquence optique ultra-stable. On est ainsi capable de transférer la stabilité relative de fréquence d’une référence optique dans le domaine micro-onde.
Dans un premier temps, des lasers ultra-stables ont été développés afin de servir de référence. Ils sont obtenus en asservissant en fréquence un laser sur une cavité Fabry-Perot utilisée comme étalon de fréquence. Des cavités Fabry-Perot permettant d’atteindre une stabilité relative de fréquence de l’ordre de 4×10–16 à 1 s ont donc été conçues. L’étude qui s’appuie sur des calculs numériques a permis de minimiser l’influence de la source de bruit dominante : les vibrations de l’environnement des cavités.
Cette démarche a donné lieu à la réalisation de deux lasers ultra-stables dont la comparaison atteint une stabilité relative de fréquence de 5,8×10–16 à 1 s. La longueur des cavités étant de 100 mm, ce résultat est possible grâce à l’emploi de substrat de miroirs en silice fondue qui permet de suffisamment réduire le bruit thermique des miroirs de la cavité.
Ensuite, le peigne de fréquence optique produit par un laser femtoseconde fibré est stabilisé sur un laser ultra-stable similaire (1,4×10–15 à 1 s) pour générer un signal micro-onde de l’ordre de 12 GHz avec une stabilité inférieure à 4×10–15 entre 1 s et 50 s. L’horloge atomique à fontaine (FO2), interrogée avec ce signal, atteint une stabilité de 3,5×10–14×τ–1/2, sa limite fondamentale imposée par le bruit de projection quantique. La contri-bution du bruit du signal d’interrogation sur la stabilité de l’horloge (effet Dick) est ainsi rendue négligeable.
La limitation ultime du processus de transfert de l’optique vers la micro-onde provient du bruit intrinsèque du laser femtoseconde, de la photodiode détectant le signal micro-onde et du bruit des amplificateurs. Cette limitation a été mesurée en utilisant la même référence optique pour deux lasers femtosecondes identiques. Après optimisation du système, elle a été évaluée au niveau de 3×10–16 entre 1 s et 10 s.
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