Stabilisation de fréquence de laser Nd:YAG pour applications spatiales - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2005

Frequency stabilised Nd:YAG lasers for space applications

Stabilisation de fréquence de laser Nd:YAG pour applications spatiales

Abstract

Long term stabilised lasers are used in a multitude of metrological applications ; in the last few years their prospective use for space applications has been growing, fundamental physics experiments, geodesy...
This work concerns the stable lasers for the LISA project; in view of the potential space application, many criteria- compactness, mechanical stability, robustness and reliability- must be satisfied.
The possible references useful for the long term (iodine) and the short term (FP cavity) time intervals will be described together with their principal limitations. The discussion leading to their choice is coupled with the analysis of the stabilisation techniques to be implemented (PDH, Tilt-Locking, Modulation transfer).
Among the stabilisation techniques, the state of the art Pound-Drever-Hall (PDH) technique will be compared to the DC, active components poor Tilt Locking in the case of a monolithic Fabry-Perot reference.
For each technique and each reference, the description of noise sources and the expected error signals will be shown trhough simulation. Theoretical performances on the long term and quantum efficiencies will be compared for different techniques.
The second part gives the schematic principles of the experiences and the results obtained for lasers stabilised on Fabry-Perot oscillators and molecular iodine. To calibrate the Fabry-Perot drifts, its resonance frequency will be measured vs. the molecular transition, this will coupled with analytical and numerical solutions to control the length of this mechanical reference.
Finally in the appendices details about noise order of magnitudes for LISA (leading to laser specification), a theoretical overview of gravitational waves as well as different simulations and calculations will be shown.
Les lasers stabilisés à long terme sont utilisés dans de nombreux domaines en métrologie, leur incursion dans les applications spatiales se précise depuis quelques années, missions de physique fondamentale, géodésie... Ce travail concerne les lasers stables pour le projet LISA (détection spatiale des ondes de gravitation, mission prévue dans 10 ans); en vue de cette application spatiale, les montages doivent satisfaire plusieurs critères: compacité, stabilité mécanique, robustesse et fiabilité. Les références utilisables pour l'asservissement long terme (iode, chapitre 3) et court terme (cavité de Fabry-Pérot, chapitre 4) sont décrites, ainsi que leurs limitations principales. L'analyse et le choix de ces références de stabilisation seront couplés avec le choix des techniques de stabilisation (PDH, Tilt-Locking, Modulation Transfer). Dans les techniques de stabilisation, celle de Pound-Drever-Hall (PDH), un classique en matière de configuration, est comparée au Tilt-Locking, une technique continu et peu consommatrice en énergie, dans le cas d'une référence Fabry-Perot monolithique. Les calcules théorique pour chaque technique et chaque type de référence ammeneront à une description des sources de bruit et à une simulation des signaux d'erreur attendus. Les performances théoriques sur le long terme et les efficacités quantiques sont intercomparées. La deuxième partie, présentera les montages expérimentaux et les résultats obtenus, pour des lasers stabilisés sur Fabry-Perot et sur l'Iode moléculaire. Pour calibrer les dérives de fréquence du Fabry-Perot, sa fréquence de résonance sera mesurée par rapport à celle de la molécule, ce qui permettra de présenter des solutions obtenues analytiquement et numériquement pour l'asservissement en longueur de cette référence mécanique. En appendices, les détails de dimensionnement des bruits de LISA conduisant aux spécifications des lasers, le rappel théorique des ondes de gravitation ainsi que divers simulations de calculs effectués.
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Dates and versions

tel-00148136 , version 1 (21-05-2007)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00148136 , version 1

Cite

Linda Mondin. Stabilisation de fréquence de laser Nd:YAG pour applications spatiales. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Nice Sophia Antipolis, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00148136⟩
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