Horloge optique miniature à ion piégé

par Bachir Achi

Projet de thèse en Optique et photonique

Sous la direction de Vincent Giordano et de Clément Lacroute.

Thèses en préparation à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; Dijon ; Belfort) , 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 01-11-2018 .


  • Résumé

    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 d'une enceinte à vide miniature, intégrant la source d'atomes Yb.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. L'enceinte à vide sera principalement constituée d'une cellule en verre cubique, sur laquelle sera collée la puce de piégeage. L'enjeu principal est de pouvoir atteindre dans une telle enceinte un vide poussé (<10-9 mbars) permettant d'obtenir une longue durée de vie des ions dans le piège. 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 single-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.