Réalisation de sources lasers à l'état solide et observation du phénomène LIAD : application au développement d'une horloge optique à atomes neutres d'argent

par Jean-Philippe Loisel

Thèse de doctorat en Optique

Sous la direction de Pierre Richard Dahoo et de Suat Topçu.

Soutenue en 2010

à Versailles-St Quentin en Yvelines .


  • Résumé

    Les possibilités remarquables offertes par les techniques de refroidissement laser et de piégeage ont permis des avancées significatives dans le domaine des standards de fréquence à base d'atomes neutres. Parmi les différents systèmes permettant d'accéder à des valeurs de stabilité et précision élevés, l'atome d'argent est considéré comme l'un des candidats les plus prometteurs comme standard optique de fréquence. Cette thèse traite du développement d'une horloge basée sur des atomes neutres d'Ag. La transition 4d105s2 S1/2 > 4d95s2 2D5/2 dans l'Argent peut fournir une référence de fréquence pour les raisons suivantes : le niveau métastable 2D5/2, qui se relaxe par émission d'un photon quadripolaire électrique à 330. 5 nm, possède une durée de vie estimée à 0. 2 s, correspondant à une largeur de raie naturelle très faible de 0. 8 Hz. Il est par conséquent possible de bénéficier d'un long temps d'interaction pour le dispositif de fontaine atomique. De plus, cet état est accessible par une transition à 2 photons à 661. 2 nm, permettant d'éliminer l'effet Doppler du 1er ordre. Comme aspect technique important, la fréquence nécessaire pour la transition d'horloge et celle pour le refroidissement des atomes d'argent (raie D2 à 328 nm) peut être obtenue avec le même cristal de NdYLF (émission possible à 1322 nm/1312 nm). Ce travailde thèse détaille la réalisation de s sources nécessaires au refroidissement des atomes d'argent et à la transition d'horloge à l'aide d'un cristal de NdYLF pompé par diode et par deux étapes de doublage de fréquence intracavité. Par ailleurs, le phénomène LIAD y est présenté comme un compromis intéressant dans la conception d'une horloge atomique optique.

  • Titre traduit

    Realization of solid-state lasers, description of LIAD phenomenon : application in the development of a neutral silver atom-based optical clock


  • Résumé

    The remarkable capabilities of laser cooling and trapping techniques for neutral atoms have led to great advances in the field of neutral atom-based frequency standards. Among the several atomic systems affording excellent prospects of high stability and accuracy in the optical region, the silver atom is regarded as one of the most promising candidates for an optical frequency standard. This thesis deals with the development of a clock based on neutral silver atoms. The Ag 4d105s2 S1/2 > 4d95s2 2D5/2 transition provides an attractive reference frequency for the following reasons : the 2D5/2 metastable level, which decays by emission of electric quadrupole radiation at 330. 5 nm, has an estimated lifetime of 0. 2 s, corresponding to an ultralow natural linewidth of only 0. 8 Hz. It’s therefore possible therefore to benefit from the long interaction time in an atomic fountain setup. Furthermore, the long-lived state is accessible with a two-photon transition at 661. 2 nm, providing a first-order Doppler-free interaction with atoms of all velocities. As an important technical aspect, the frequency needed to drive the clock transition and to cool the silver atoms (D2 line at 328 nm) can be provided by the same crystal Nd:YLF enable to generate both 1322 nm and 1312 nm. This work details especially the realization of the laser sources for both cooling silver atoms and driving the clock transition by diode-pumped Nd-YLF crystal and intracavity frequency doubling operation in two steps (second and fourth harmonic generation). In addition, the Lignt Induced Atomic Desorption (LIAD) phenomenon is described and observed as an interesting compromise in the case of an optical atomic clock conception.

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  • Détails : 1 vol. (197 f.)
  • Annexes : Notes bibliogr. Annexes

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  • Bibliothèque : Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines. Direction des Bibliothèques et de l'Information Scientifique et Technique-DBIST. Bibliothèque universitaire Sciences et techniques.
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  • Cote : 535.2 LOI
  • Bibliothèque : Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines. Direction des Bibliothèques et de l'Information Scientifique et Technique-DBIST. Bibliothèque universitaire Sciences et techniques.
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  • Cote : T100062
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