Développement d'un système laser stabilisé en fréquence, compact, fibré, à vocation transportable

Development of a compact, transportable and fibered laser frequency stabilization system

• Auteur / Autrice : Alexis Mehlman
• Direction : Sébastien Bize, Aurélien Boutin, Mohand Ouali Acef
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 23/11/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes de référence temps-espace (Paris ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Schwob
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie Houssin, Nicholas Traynor
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Du Burck, Rodolphe Boudot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesure

Stabilité de fréquence

Lasers à fibre

Mots clés libres

Laser

Ultrastable

Métrologie

Compact

Transportable

Fibré

Laser

Ultrastable

Metrology

Compact

Transportable

Fibered

Résumé

Cette thèse porte sur le développement d'un Laser ultrastable en fréquence asservi sur l'iode, transportable et intégrant des composants Télécoms fibrés avec une haut niveau de maturité technologique (TRL). Ce système Laser une référence de fréquence ultrastable pour l'assemblage, l'intégration, la validation et les tests de la charge utile de la mission LISA et est développé par le laboratoire du SYRTE pour les activités françaises de la mission, activités réalisées par un consortium de partenaires mené par le CNES. Le banc sera compact et transportable pour être rapidement utilisé sur différents sites. Le système livré par le SYRTE au CNES est composé d'un tandem de Lasers Nd:YAG verrouillés en phase, et dont le Laser maître est verrouillé en phase sur une référence de fréquence. Cette référence de fréquence est un Laser Télécom fibré triplé en fréquence grâce à l'optique non-linaire et asservi sur une vapeur d'iode. Le bruit résiduel de fréquence du dispositif est dans la gamme de 10^-14 en dessous de 30 s en terme de variance d'Allan. La partie optique occupe un volume de 30 l est l'ensemble a été prouvé transportable.

This PhD reports on the development of a transportable iodine frequency stabilized laser setup, based on compact and fibered Telecom components with a high technological readiness level (TRL). This laser system is an ultra-stable frequency reference for the assembly, integration, validation and tests (AIVT) of the payload of LISA mission (Laser Interferometer Space Antenna) as part of the SYRTE laboratory contribution to the French activities carried out by a consortium of several partners lead by the French Space Agency (CNES). The compact design of the whole setup will make it easily transportable and can be readily used on different sites. The solution delivered by the SYRTE to the CNES comprises two Nd:YAG lasers phase locked on each other, with the master itself being phase locked on a frequency reference. The frequency reference is a telecom fiber laser which frequency has beean tripled using non-linear optics and frequency locked to a hyperfine transition of an iodine vapour. The frequency residual noise of this setup is in the 10^-14 range below 30 s in terms of Allan Standard Deviation. Its optical setup fits in 30 l and it has proven to be transportable.