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La Lettre
© DR
Sébastien Bize
Directeur du LNE-SYRTE, SYRTE (Systèmes de référence
temps-espace), Observatoire de Paris,
PSL Research University
,
CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 6, LNE
La lumière est une oscillation dans le temps et dans
l’espace du champ électromagnétique. Si cette oscillation
est très régulière, comme dans le cas de la lumière laser
monochromatique, elle peut, comme tout phénomène
physique périodique, servir à repérer une suite régulière
d’événements qui réalise une échelle de temps. Les
événements servant de repères sont, par exemple,
les passages à la valeur zéro du champ électrique. La
stabilité de la fréquence de l’oscillation de référence
détermine la performance de l’échelle de temps. Pour la lumière, la mise en pratique et l’intérêt de
cette idée reposent sur la possibilité de réaliser des sources lasers dont la fréquence est extrêmement
bien contrôlée et sur la capacité d’accéder de manière concrète à la phase de l’oscillation de telles
sources. Au cours de la dernière décennie, ces concepts ont non seulement été démontrés, mais ils
ont conduit au développement d’une nouvelle génération d’étalons de fréquence et de méthodes de
comparaisons surpassant de plusieurs ordres de grandeur la génération précédente.
Obtenir une fréquence laser ultrastable
Le premier ingrédient d’un étalon de fréquence optique de performance extrême est un laser ultrastable.
La méthode classique pour obtenir un tel laser consiste à stabiliser sa fréquence sur la résonance
d’une cavité Fabry-Pérot, elle-même conçue pour avoir une très haute stabilité dimensionnelle. La
compréhension des phénomènes physiques qui influencent cette dernière a beaucoup progressé ces
dix dernières années : des géométries de cavité astucieusement optimisées permettent désormais de
s’affranchir des perturbations environnementales telles que les variations de température et les vibrations.
Cela étant, les lasers ultrastables les plus performants restent limités par les fluctuations thermiques des
dimensions de la cavité, un phénomène fondamental qui peut aussi être décrit comme le mouvement
brownien des éléments constituant la cavité. L’amplitude de ces fluctuations dépend de la température
et des propriétés de dissipation mécanique des matériaux utilisés pour les traitements diélectriques,
Lasers ultrastables et
horloges optiques