Réseaux optiques avec des profils de Laguerre-Gauss pour une horloge optique de strontium

Les horloges à réseau optique (OLC) ont atteint une incertitude systématique relative sans précédent, de l’ordre de 10⁻¹⁹, ce qui en fait des candidates sérieuses pour la prochaine redéfinition de la seconde du Système international d’unités. Actuellement, leur exactitude est principalement limitée par le rayonnement du corps noir (BBR), les collisions froides et les décalages induits par le réseau optique. Pour atténuer ces effets, plusieurs stratégies sont étudiées, comme l’utilisation d’environnements cryogéniques pour contrôler le BBR, ou encore de nouvelles géométries de piégeage pour maîtriser la distribution et les interactions atomiques.

Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle configuration d’OLC visant à caractériser les effets liés au BBR et à la densité atomique avec une incertitude inférieure à 10⁻¹⁸. Pour cela, nous avons développé une chambre en cuivre, placée dans une enceinte à vide primaire, afin de réduire les inhomogénéités de température autour des atomes, à quelques dizaines de millikelvins. Le système comprend aussi un réseau optique 1D adaptable, dont le profil transverse est structuré avec des modes Laguerre-Gauss (LG_0ℓ), permettant d’augmenter le nombre de sites de piégeage tout en réduisant le nombre d’atomes par site. Nous avons réalisé des réseaux pour ℓ = 0 à 4 avec des profondeurs compatibles avec le fonctionnement de l’horloge. Des milliers d’atomes de strontium ont été piégés dans des réseaux de types TEM₀₀, LG₀₁ et LG₀₂, et une spectroscopie d’horloge à basse résolution a été réalisée sur l’isotope bosonique ⁸⁸Sr, donnant des transitions d’environ 100 Hz de largeur.

Afin d’étudier les effets des collisions froides, une seconde étape de refroidissement utilisant la transition intercombinaison ¹S₀→³P₁ du strontium est prévue. Elle permettra d’augmenter la densité atomique, de mieux observer les effets de collision et de détecter les bandes latérales vibrationnelles. Ces mesures fourniront des informations sur l’anharmonicité des réseaux façonnés par les modes LG, et permettront de valider le modèle de décalage du réseau dans différentes conditions de piégeage. Enfin, le système d’horloge est encore en cours d’assemblage. Les efforts actuels portent sur l’intégration de la chambre d’interrogation dans l’environnement à vide primaire pour améliorer l’homogénéité thermique et réduire l’incertitude liée au BBR. En parallèle, l’instrumentation nécessaire à la spectroscopie haute résolution est en cours d’installation.

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Consulter la thèse (EN) : HAL-TEL-05556321