Contributions au développement d'une microhorloge CPT : étude des microcellules à vapeur de césium

par Adel Douahi

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Vincent Giordano.

Soutenue en 2009

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce mémoire présente les contributions au développement d’une micro-horloge CPT (coherent Population Traping ), les travaux ont portés sur l’étude, la réalisation et la caractérisation des microcellules à vapeur de césium. La micro-horloge aura une taille de quelques centimètres cube et consommera quelques dizaines de milliwatts permettant ainsi son alimentation avec une pile (type AAA par exemple). La stabilité visée de la micro-horloge est de l’ordre des 10-11, soit une déviation d`une seconde tous les 300 ans. Le cœur de cette horloge sera constitué d’un système intégré (MEMS) comportant une diode laser modulée (à la fréquence moitié de la transition hyper-fine), une cellule contenant la vapeur de Césium et un photo-détecteur. Le principe mis en jeu est le piégeage cohérent de population qui permet d’obtenir une courbe de résonance sans effet Doppler et sans avoir recours à une cavité résonnante micro-onde. Ce type de dispositif est fabriqué à base de wafers à semi-conducteurs. Utilisant des techniques de micro-fabrications, les systèmes micro-électro-mécaniques (MEMS). Ces systèmes offrent le potentiel de réaliser en masse et à faible coût une horloge atomique avec une taille d’une puce permettant une intégration facile dans des appareils électroniques miniatures. Nous présentons ici la réalisation de microcellule d’absorption qui est un problème en soi car elle implique l'étude des phénomènes de dégazage dans des petits volumes, des problèmes de collisions des atomes avec les parois. Une technologie complètement originale permettant de générer la vapeur de césium une fois la cellule scellée est présentée. Nous pensons que cette technologie permettra de résoudre les problèmes de fiabilité et de dérive à long terme inhérents aux technologies proposées par ailleurs. Un brevet a été déposé afin de protéger cette nouvelle technologie. Une étude théorique des absorptions linéaires et non linéaires a été menée dans le but de prouver la faisabilité d'une micro-horloge avec une microcellule à césium en présence d`un gaz tampon. Enfin, des composants optoélectroniques ainsi que des mesures de spectroscopies sont également présentés.

  • Titre traduit

    Contribution to the development of a CPT chip scale atomic clock : cesium vapor microcell study


  • Résumé

    This thesis presents contributions to the development of a CPT (Coherent Population Trapping) micro-clock, the work is focused on the : study, development and characterization of cesium vapor microcells. The micro-clock are about the size of few cubic centimeters, consume less than 75 thousandths of a watt enabling the clock to be operated on batteries (type AAA for example) and are stable to one part in I0 billion, equivalent to a deviation of one second every 300 years. This clock will consist of an integrated system (MEMS) with a diode laser modulated (at half the frequency transition hyper-fine), a cell containing Cesium vapor and a photo detector. The principle is the coherent population trapping witch allows to obtain a resonance curve without Doppler effect and without recourse to a resonant cavity microwave. This "physics package" could be fabricated and assembled on semiconductor wafers using existing techniques for making micro-electro-mechanical systems (MEMS), offering the potential for low-cost mass production of an atomic clock permitting easy integration in electronics devices. Moreover, we present the realization of micro-cell absorption witch is a problem in itself because it involves the study of phenomena of degassing in small volumes, problems of collisions of atoms with walls. A completely original technology for generating vapor cesium once the cell is sealed is presented. We believe that this technology will solve the problems of reliability and long-term drift inherent in the proposed technologies elsewhere. A patent has been tiled to protect this new technology. A theoretical study of linear and nonlinear absorption has been conducted to prove the feasibility of a micro-clock with cesium microcell with buffer gas. Finally, optoelectronic components and spectroscopic measures are also presented.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (205 p.)
  • Notes : Reproduction de la thèse autorisée
  • Annexes : Bibliogr. p. 185-192

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Sciences - Sport (Besançon).
  • PEB soumis à condition
  • Cote : SCI.BESA.2009.46
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