Installation et caractérisation préliminaire d’un piège de Paul à électrodes de surface pour la métrologie de fréquence

Cette thèse présente des avancées dans le développement d’une horloge optique à ion unique transportable à base d’ytterbium, en se concentrant sur l’intégration d’un piège à électrodes de surface microfabriqué dans le dispositif expérimental. Les recherches explorent l’optimisation des systèmes de piégeage d’ions pour améliorer la stabilité, en ciblant des applications en métrologie de précision, physique fondamentale et géodésie. Le travail aborde les principes théoriques du piégeage d’ions, en mettant en lumière les défis posés par le micromouvement, le chauffage par convection et le bruit de projection quantique, ainsi que les stratégies pour surmonter ces limitations. Il examine également les processus de détection et l’interaction entre la conception du piège et les performances de l’horloge. Une approche globale combine modélisation théorique, tests électriques et mesures expérimentales pour affiner la conception et le fonctionnement du piège. Le dispositif expérimental intègre des lasers stabilisés, des contrôles optimisés des tensions RF et DC, ainsi que des systèmes à ultra-haut vide pour piéger et interroger efficacement les ions ¹⁷¹Yb⁺.

Parmi les réalisations notables figurent la stabilisation des fréquences laser sur une lampe Yb à cathode creuse, atteignant une stabilité de fréquence fractionnaire inférieure à 10⁻⁹, et la conception d’un résonateur RF de haute qualité avec des performances significativement améliorées. Des niveaux de vide améliorés et une nouvelle conception de distributeur ont permis un chargement des ions plus efficace et une durée de vie prolongée des pièges. L’étude met également en évidence les défis rencontrés lors du fonctionnement du piège, notamment des comportements inattendus de rupture de tension, et propose des améliorations futures dans la conception des puces et les processus de microfabrication. Ces résultats offrent des perspectives précieuses sur les limites et le potentiel des pièges de surface microfabriqués dans les applications d’horloges optiques.

En conclusion, cette recherche fait progresser la compréhension et la mise en œuvre des pièges à ions de surface, contribuant au développement d’horloges atomiques optiques compactes et transportables. Les résultats fournissent une base solide pour de futures innovations, en répondant aux défis existants tout en ouvrant la voie à de nouvelles applications dans la mesure du temps de précision et les domaines connexes.

spectroscopie, métrologie temps-fréquence, piégeage d’ions uniques, refroidissement laser, horloge atomique.

Consulter la thèse (EN) : TEL-05603323