Horloge atomique microonde à technologie de microcellule améliorée et régime d’interrogation impulsionnel - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2023

Microwave atomic clock with improved microcell technology and pulsed interrogation regime

Horloge atomique microonde à technologie de microcellule améliorée et régime d’interrogation impulsionnel

Résumé

This PhD thesis work aims to propose innovative scientific and technological solutions for the demonstration a microcell-based CPT atomic clock with improved long-term frequency stability.The first research axis has concerned the implementation of pulsed interrogation sequences used to reduce light-shifts induced during the interaction between the atoms and the optical interrogation field. The use of an advanced sequence named Symmetric Auto-Balanced Ramsey (SABR) has in particular allowed a reduction of the clock frequency sensitivity to variations of the optical field by more than two orders of magnitude, benefiting to the frequency stability for integration times higher than 100 s.A second research axis has led to the proof-of-concept and the development of a new alkali vapor microfabricated cell tehnology, based on hermetic laser-actuated break- and make-seals, combined with the use of low permeation glass substrates, for enhanced choice and reinforced control of the cell inner atmosphere. A reduction of the permeation rate by a factor higher than 1000 was demonstrated in cells filled with helium using aluminosilicate glass coupled with Al2O3 coatings. Studies for the development of cells using new buffer gas mixtures and working at high temperature (>90°C) have been undertaken.Complementary results of these two research axis led to the demonstration of a CPT atomic clock using a Cs-Ne microcell with aluminosilicate glass and operating with the SABR interrogation sequence. The combination of these approaches, reinforced by additional active stabilization loops of some key experimental parameters, has led to a fractional frequency stability of 7x10-11 at 1 s and 1.4x10-12 at 105 s. These stabilities at one day are competitive with those of best microcell-based microwave clocks.
Ce travail de thèse a visé à proposer des solutions scientifiques et technologiques innovantes pour la démonstration d’une horloge atomique CPT à cellule micro-fabriquée à la stabilité de fréquence long-terme améliorée.Un premier axe d’étude a concerné la mise en place de protocoles d’interrogation impulsionnels pour réduire les déplacements de fréquence induits lors de l’interaction entre les atomes et le champ d’interrogation lumineux. La mise en œuvre d’une séquence avancée nommée Symmetric Auto-Balanced Ramsey (SABR) a notamment permis une réduction de la sensibilité de la fréquence d’horloge aux variations du champ laser par plus de deux ordres de grandeur, bénéficiant à la stabilité de fréquence pour des temps d’intégration supérieurs à 100 s.Un second axe de recherche a porté sur la preuve de concept et le développement d’une nouvelle technologie de microcellule à vapeur de césium reposant sur l’exploitation de vannes ouvrantes et fermantes micro-fabriquées actionnables par laser, combinées à l’utilisation de substrats de verre à faible perméation, permettant un choix étendu et un contrôle renforcé de son atmosphère interne. Une réduction du taux de perméation par un facteur supérieur à 1000 a été démontrée dans des cellules avec verres aluminosilicatés et revêtements d’alumine. Des études pour le développement de cellules exploitant de nouveaux mélanges de gaz tampon et pouvant ainsi opérer à haute température (>90°C) ont été entreprises.Enfin, les résultats complémentaires de ces deux axes de recherche ont été valorisés par la démonstration d’une horloge à microcellule Cs-Ne à verres aluminosilicatés exploitant la séquence d’interrogation SABR. La combinaison de ces approches, renforcées par la mise en œuvre de contrôles actifs de paramètres expérimentaux clés, a mené à une stabilité relative de fréquence de 7x10-11 à 1 s et 1.4x10-12 à 105 s. Ces performances de stabilité journalières sont compétitives avec celles des meilleures horloges microondes à micro-cellule.
Fichier principal
Vignette du fichier
these_A_CARLE_Clement_2023.pdf (69.24 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04474336 , version 1 (23-02-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04474336 , version 1

Citer

Clément Carlé. Horloge atomique microonde à technologie de microcellule améliorée et régime d’interrogation impulsionnel. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Bourgogne Franche-Comté, 2023. Français. ⟨NNT : 2023UBFCD051⟩. ⟨tel-04474336⟩
70 Consultations
4 Téléchargements

Partager

More