52 / 84
35 36
52
La Lettre
© suns07butterfly - Fotolia
© SYRTE-Observatoire de Paris
Horloge à réseau optique à
atomes de strontium (SYRTE-
Observatoire de Paris)
La lumière laser bleue a une longueur
d’onde de 461 nm ; elle permet de
capturer, refroidir et détecter un
échantillon d’atomes de strontium. Le
nuage d’atomes froids - d’une taille de
l’ordre du millimètre - est visible sous la
forme d’un point bleu légèrement diffus au
centre de l’enceinte à vide (flèche rouge).
Lors du fonctionnement de l’horloge,
les atomes froids sont transférés dans
un piège dipolaire formé par une onde
laser stationnaire intense à 813 nm
qui traverse le nuage verticalement.
La lumière bleue est alors éteinte et la
transition optique est sondée avec un
laser ultrastable à 698 nm superposé
au laser du piège dipolaire. La lumière
bleue est ensuite rallumée pour la
phase de détection. La durée totale d’un
cycle d’interrogation est d’environ une
seconde. Le cycle est répété de manière
à acquérir en permanence l’information
sur la différence de fréquence entre la
transition atomique de référence et la
lumière à 698 nm.
Peigne de fréquence optique (SYRTE-Observatoire de Paris)
Dans cette cavité d’un laser titane-saphir femtoseconde utilisé pour la
métrologie des fréquences optiques, on distingue 5 des 6 miroirs formant
la cavité laser, ainsi qu’une lame de verre biseautée servant à contrôler la
dispersion de la cavité. Le cristal de saphir dopé au titane est tenu dans
la monture en cuivre en bas à gauche. La lumière verte est la lumière du
laser qui pompe le cristal. La longueur d’onde centrale d’émission du laser
femtoseconde est d’environ 850 nm. Désormais, pour la métrologie des
fréquences optiques, on préfère souvent une autre technologie, nettement plus
fiable, qui utilise des composants développés pour les télécommunications par
fibre optique. La longueur d’onde centrale d’émission du laser femtoseconde
est alors de 1,5 micromètre.
© SYRTE-Observatoire de Paris
moins ; par ailleurs, les atomes sont fortement confinés à l’aide d’un
piège - radiofréquence pour les ions, dipolaire pour les atomes neutres.
Dans ce dernier cas, le piège dipolaire est produit par une onde laser
intense à une longueur d’onde choisie pour annuler la perturbation
supplémentaire qu’un tel piège introduit en général. Quand il est
réalisé à l’aide d’une onde stationnaire qui forme un réseau de pièges,
on parle d’horloge à réseau optique.
Au cours des dix dernières années, plusieurs transitions atomiques ont permis d’obtenir un niveau de
contrôle des perturbations au niveau de quelques 10
-18
en valeur relative. Une échelle de temps pilotée
par un étalon de fréquence à ce niveau ne ferait pas plus d’une seconde d’erreur sur l’âge de l’Univers
(14 milliards d’années) !
Comparer les étalons de fréquence optique à distance
L’intérêt d’une référence de fréquence ou de temps ultraperformante est décuplé dès lors que l'on peut
réaliser des comparaisons à distance sans dégradation. Au cours de la dernière décennie, la possibilité
de transmettre par fibre optique l’onde de fréquence ultrastable produite par les étalons de fréquence
optique a été établie. Ces liens optiques fibrés cohérents, où les fluctuations du délai de propagation sont
mesurées par interférométrie et compensées activement, permettent des comparaisons à mieux que 10
-18
sur des distances de propagation par fibre optique de plusieurs milliers de kilomètres.
La propagation dans les fibres optiques sur de
telles distances impose l’utilisation de la longueur
d’onde de 1,5 micromètre. Il faut alors mettre en