Amélioration de l'exactitude d'une horloge atomique compacte à jet de césium pompé optiquement - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2000

Amélioration de l'exactitude d'une horloge atomique compacte à jet de césium pompé optiquement

Luc Chassagne

Résumé

The aim of this work is to study and compare several measurement methods of the Ramsey cavity phase difference in an optically pumped cesium beam atomic clock.
The first part of this report concerns the study and the realization of a compact atomic clock with two cesium beams. The small resonator and especially the Ramsey cavity, which is the heart of the machine, are described. The Ramsey cavity is a microwave cavity, carefully tuned at 9.192 GHz with two separated interaction regions. The influence of the cavity features and of the adjustement parameters on the clock operation is pointed out, especially the effect of the residual phase difference between the two interaction regions.
Then the theoretical study of the phase difference influence on the Ramsey pattern is reported allowing us to establish several measurement methods of this cavity default.
The third part is devoted to the residual phase difference measurements. The classical method, called beam reversal method, always used in all the primary frequency standards is shown to be the more reliable and the more accurate in our case. A second method in the case of compact atomic clocks leads us to deduce the cavity phase difference through clock frequency measurement at different operationnal conditions. This method is not easy to implement and its limit is shown.
Finally, all the frequency shifts are experimentally studied and measured in order to evaluate the clock. The performances of the small optically pumped cesium beam atomic clock are pointed out. The frequency shift due to the cavity phase difference is still the accuracy limiting effect. However the second method of measurement demonstrates a clock frequency accuracy limitation better than 10-12.
L'objet de ce travail est d'examiner et de comparer les différentes méthodes de mesures du déphasage résiduel de la cavité de Ramsey dans une horloge à jet de césium à pompage optique.
Dans ce but nous avons étudié et réalisé une horloge compacte à deux jets de césium. Dans la première partie du mémoire sont présentés le résonateur atomique de faible encombrement, et la cavité de Ramsey courte qui en est le c?ur. La cavité de Ramsey est une cavité micro-onde à deux zones d'interaction, rigoureusement réglée à 9,192 GHz. L'importance de ses propriétés est précisée, notamment l'influence du déphasage résiduel entre les deux zones d'interaction.
Puis l'étude théorique de ce déphasage et de ses conséquences sur les signaux délivrés par l'horloge - la frange de Ramsey et la fréquence d'horloge - est effectuée. Plusieurs méthodes de mesure de ce déphasage sont alors déduites de cette analyse.
La présentation des mesures du déphasage effectuées une fois le résonateur assemblé fait l'objet de la seconde moitié du manuscrit. La méthode traditionnelle appliquée à tous les étalons primaires de fréquence est la méthode par renversement de jet ; elle demeure dans notre résonateur compact la plus précise et la plus fiable. La seconde méthode utilisant des mesures de la fréquence d'horloge dans différentes conditions de fonctionnement s'avère délicate à appliquer sur une horloge compacte et ses limites sont analysées.
Finalement, les différents déplacements de fréquence significatifs sur ce type d'horloge font l'objet d'une étude expérimentale systématique. Un bilan de fréquence complet pour ce type d'horloge en est déduit. Le déplacement de fréquence dû au déphasage de la cavité reste l'effet limitatif pour l'exactitude en fréquence. On montre cependant que la seconde méthode de mesure permet d'obtenir une exactitude en fréquence inférieure à 10-12.
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Dates et versions

tel-00001358 , version 1 (21-05-2002)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00001358 , version 1

Citer

Luc Chassagne. Amélioration de l'exactitude d'une horloge atomique compacte à jet de césium pompé optiquement. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00001358⟩
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