Horloge optique miniature à ion piégé

par Lucas Groult

Projet de thèse en Optique et photonique

Sous la direction de Yann KersalÉ et de Clément Lacroute.

Thèses en préparation à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de SPIM - Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques , en partenariat avec FEMTO-ST Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (laboratoire) et de Département Temps Fréquence (equipe de recherche) depuis le 13-10-2016 .


  • Résumé

    Le département Temps-Fréquence de l'institut FEMTO-ST, pionnier des oscillateurs ultra-stable à quartz et saphirs, développe depuis Septembre 2012 des lasers stabilisés en fréquence. Le laboratoire a également porté, avec succès, le projet de micro-horloge atomique européenne. C'est dans la continuité de ces projets qu'a démarré en 2014 la réalisation d'une horloge optique compacte basée sur des ions Ytterbium (Yb+) piégés. L'objectif de ce projet est de développer une horloge atomique de volume réduit (une centaine de litres, à comparer aux dizaines de mètres cubes occupés aujourd'hui par les expériences de laboratoires) et de performances dix fois meilleures que les horloges atomiques compactes actuelles. L'ion Yb+ sera piégé à l'aide d'un micro-piège et refroidi par Laser. Le banc optique permettant la manipulation et la détection des ions sera également miniaturisé, notamment grâce à l'utilisation privilégiée de composants fibrés. La thèse portera sur la conception et la réalisation expérimentale de l'horloge, et plus particulièrement du laser d'horloge et de l'enceinte à vide. Le piège à ion sera micro-fabriqué en s'appuyant sur les technologies MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) et sur le savoir-faire existant à la centrale technologique MIMENTO. Le banc optique permettant la manipulation des ions (refroidissement, spectroscopie, détection) sera basé autant que possible sur des composants fibrés ou en guides d'onde, permettant de réduire considérablement le volume total. Une fois le dispositif expérimental mis en place, les résultats principaux de la thèse seront la spectroscopie de la transition d'horloge ainsi qu'une étude préliminaire de la stabilité de l'horloge.

  • Titre traduit

    miniature trapped ion optical clock


  • Résumé

    The overall goal of the project is the development of a compact optical atomic clock based on single, trapped Yb+ ions. The targeted volume is of order 100 L., with a targeted stability of 10-14 at 1 second integration time, ten times better than today's best compact atomic clocks. The ions will be laser-cooled and trapped by a micro-fabricated, surface-electrodes trap. The objectives of the PhD thesis will be the experimental realization of the clock, with a focus on the clock laser and the design of a compact vacuum chamber. The ion trap will be micro-fabricated using MEMS technologies in the nearby MIMENTO cleanroom facility. The optical setup will make use of fibered components whenever possible, so as to reduce the overall volume. Once the setup will be running, the main experimental results will be the spectroscopy of the clock transition and a first study of the clock frequency stability.