Frequency-comb stabilized laser sources for absolute distance metrology at the very large telescope interferometer

par Nicolas Schuhler

Thèse de doctorat en Physique. Photonique

Sous la direction de Patrick Meyrueis.

Soutenue en 2006

à l'Université Louis Pasteur (Strasbourg) .

  • Titre traduit

    Sources lasers stabilisées sur un peigne de fréquence pour la mesure de distances absolues au sein du très grand téléscope interférométrique européen


  • Résumé

    PRIMA, un futur instrument du VLTI, utilise un système de métrologie laser pour mesurer les variations de chemin optique internes à l’interféromètre. L’étude présentée dans ce mémoire porte sur le développement, l’intégration et le test de sources lasers stabilisées en fréquence pour ce système de métrologie. Dans une première partie, nous présentons le cahier des charges du système dans le contexte de PRIMA et du VLTI. Nous rappelons les bases de l’interférométrie laser et les problèmes qu’impose son application à PRIMA. Nous en déduisons la nécessité de stabiliser la longueur d’onde du laser sur une référence absolue et exposons l’intérêt de transformer ce système en un système de mesure de distances absolues. Dans une seconde partie, nous décrivons notre contribution à la stabilisation en fréquence d’un laser Nd:YAG sur une raie d’absorption de l’iode. Nous mesurons précisément les performances du système avec un peigne de fréquences optiques auto-référencé. Nous améliorons le système pour satisfaire aux exigences du cahier des charges. La troisième partie est consacrée à la transformation du système en un système de mesure de distances absolues par l’utilisation de l’interférométrie à deux longueurs d’onde. Nous proposons un nouveau concept de source laser qui utilise un peigne de fréquences optiques comme référence de fréquence. Cette source permet de générer un choix sans précédent de longueurs d’onde synthétiques avec une précision relative dans le vide meilleure que 10−11. Nous validons le concept sur un prototype et montrons qu’il peut être utilisé en interférométrie à deux longueurs d’onde pour résoudre une longueur d’onde optique.


  • Résumé

    The forthcoming instrument of the Very Large Telescope Interferometer (VLTI), called Phase-Referenced Imaging and Micro-arcsecond Astrometry facility (PRIMA), uses a laser metrology system to monitor the variations of internal path lengths. This dissertation addresses the development, integration and test of frequency stabilized laser sources for the PRIMA Metrology system (PRIMET). In the first part, we present in the context of PRIMA and the VLTI the specifications of PRIMET. We recall the basics of single-wavelength laser interferometry and introduce the problems raised by its application to PRIMET. We present the need for the absolute frequency stabilization of PRIMET laser and the interest for an upgrade of PRIMET towards absolute distance measurements. In the second part, we present our contribution to the absolute frequency stabilization of PRIMET Nd:YAG laser on a transition of iodine. We characterize the system and measure precisely its performance with a self-referenced optical frequency comb. We improve the system to reach the specifications in terms of accuracy and stability of the locking frequency. The third part addresses the upgrade of PRIMET towards absolute distance measurements by the use of two-wavelength interferometry. We propose a new concept of two-wavelength laser source frequency stabilized on an optical frequency comb. This permits the generation of an unprecedented large choice of synthetic wavelength with a relative accuracy better than 10−11 in vacuum. We validate the concept on a prototype and shows that it can be used to resolve an optical wavelength. Finally, we propose to apply this concept to the upgrade of PRIMET.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XXII-166 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2006;
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