Chaîne de Fréquence optique pour mesurer les transitions 2S-8S/8D dans l'atome d'hydrogène , Mesure de la constante de Rydberg en unité de fréquence - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1993

Chaîne de Fréquence optique pour mesurer les transitions 2S-8S/8D dans l'atome d'hydrogène , Mesure de la constante de Rydberg en unité de fréquence

Résumé

The aim of this thesis is to make a pure measurement of the frequency of the 2S- 8S/8D two-photon transition in atomic hydrogen. In that purpose we have built a frequency chain in which hydrogen frequencies are compared with the difference of two optical standards, the methane stabilized He-Ne laser (3.39 μm) and the iodine stabilized He-Ne laser (633 nm). The radiation from a home made Ti-sapphire laser (TS2) at 778 nm is mixed, in a LiIO_3 crystal, with the one of a auxiliary He-Ne laser at 3.39 μm to produce a synthesized radiation at 633 nm. This generated beam is heterodyned with that of a standard laser at 633 nm. The frequency of the Ti-sapphire (TS1) laser used for the two photon excitation is 89 GHz far from the one of TS2. To compare these two lasers, we have used a Schottky diode. The two lasers and a microwave radiation at 89 GHz, produced by a Gunn diode, are focused on the Schottky diode. The Gunn diode is phase locked on an ultrastable quartz oscillator. In this way, we have linked an optical frequency of atomic hydrogen to the cesium clock without interferometry. From our measurements, we have deduced a new value of the Rydberg constant : R_\infty = 109 737.315 683 4 (24) cm^-1 with an uncertainty of 2.2x10^-11 Our uncertainty is near the one of the Q.E.D calculations giving the theoretical values of the energy levels. This value, which is currently the most precise available, is in good agreement with the recent result obtained from the 1S-2S and 2S-4D transitions in Münich.
L'objet de cette thèse est la construction d'une chaîne de fréquences pour comparer les fréquences de l'atome d'hydrogène à celle d'un laser He-Ne. stabilisé sur l'iode à 633 nm. Le schéma de la chaîne tire profit de la quasi-coïncidence (à 89 GHz) entre la fréquence d'excitation à deux photons des transitions 2S→8S/D à 778 nm et la différence en fréquence du laser étalon à 633 nm et du laser He-Ne-étalon stabilisé sur le méthane à 3,39 μm. On utilise deux lasers titane-saphir construits au laboratoire, l'un pour l'excitation des transitions atomiques (TS1), l'autre pour la mesure de fréquence (TS2). On réalise, dans un cristal de LiIO3, le mélange des radiations à 778 nm (TS2) et 3,39 μm provenant d'un laser He-Ne auxiliaire construit au laboratoire. La fréquence du.faisceau ainsi synthétisé à 633 nm-est déterminée par battement avec le laser étalon stabilisé sur l'iode. Un battement entre les deux lasers He-Ne (3,39 μm) donne la fréquence du laser He-Ne auxiliaire. La mesure de la fréquence du laser TS1 à partir de celle de TS2 nécessite une source micro-onde à 89 GHz et un dispositif permettant de réaliser le mélange des trois fréquences et la détection du battement obtenu à basse fréquence. La fréquence de la diode Gunn à 89 GHz est déterminée à l'aide d'une chaîne de multiplication de fréquence d'un quartz ultrastable à 90 MHz. Après des essais avec des diodes MIM, nous avons pris une diode Schottky comme dispositif de mélange et de détection. Par cette méthode, nous avons relié pour la première fois une fréquence optique de l'atome d'hydrogène à l'horloge à césium sans utiliser l'interférométrie. Nous en avons déduit la constante de Rydberg qui est le facteur d'échelle des niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène. On ajuste la valeur de cette constante pour faire coïncider les fréquences expérimentales et théoriques. La nouvelle valeur ainsi obtenue est : R∞ = 109 737,315 683 4 (24) cm-1 L'incertitude sur cette valeur est de 2,2 10^-11. Elle approche celle des calculs d'électrodynamique quantique donnant les valeurs théoriques des niveaux d'énergie. Ce résultat, qui est le plus précis à l'heure actuelle, est en bon accord avec celui obtenu à Münich en 1992 sur les transitions 1S-2S et 2S-4D.
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Dates et versions

tel-00011890 , version 1 (09-03-2006)

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  • HAL Id : tel-00011890 , version 1

Citer

François Nez. Chaîne de Fréquence optique pour mesurer les transitions 2S-8S/8D dans l'atome d'hydrogène , Mesure de la constante de Rydberg en unité de fréquence. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1993. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011890⟩
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