Spectroscopie d'ions H2+ piégés : développement d'un laser à 9.17 µm référencé au système international d'unité

Spectroscopy of trapped H2+ ions : development of a 9.17 µm laser referenced to the international system of units

• Auteur / Autrice : Abdessamad Mbardi
• Direction : Laurent Hilico
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 18/12/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Kastler Brossel (Paris ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Schwob
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Galtier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hans Lignier, Marie Houssin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Refroidissement laser

Ions piégés

Spectroscopie à haute résolution

Mots clés libres

Piège

Optique

Ion

Spectroscopie

Somme de fréquence

Refroidissement laser

Trap

Optics

Ions

Spectroscopy

Sum frequency

Laser cooling

Résumé

Ma thèse présente le développement d’une source laser à 9,166 µm référencée au système international d’unités, en vue de la spectroscopie vibrationnelle à haute résolution de l’ion moléculaire H+2 dans l’objectif d’obtenir une nouvelle détermination de la constante fondamentale mp/me avec une incertitude relative extrêmement faible avec 12 chiffres significatifs. La première partie explore la préparation, le piégeage et le refroidissement d’ions Be+ permettant le refroidissement sympathique d’ions H+2 piégés, ainsi que la méthode utilisée pour créer des ions H+2 dans l’état vibrationnel fondamental. Les parties suivantes qui constituent le travail principal de ma thèse mettent en lumière la source laser utilisée - un laser à cascade quantique - pour réaliser l’excitation à deux photons de la transition de l’ion moléculaire H+2 et présentent son asservissement en phase sur un laser à CO2 lui-même asservi en phase sur un peigne de fréquence référencé au système international d’unité via le réseau REFIMEVE. Le transfert de stabilité du peigne au laser à CO2 est réalisé grâce à un processus de mélange non linéaire dans un cristal d’AgGaSe2.

My thesis presents the development of a 9,166 µm laser source referenced to the international system of units, for high-resolution vibrational spectroscopy of the molecular ion H+2 with the aim of obtaining a new determination of the fundamental constant mp/me with extremely low relative uncertainty to 12 significant digits. The first part explores the preparation, trapping and cooling of Be+ ions enabling sympathetic cooling of trapped H+2 ions, as well as the method used to create H+2 ions in the fundamental vibrational state. The following sections, which constitute the main work of my thesis, highlight the laser source used - a quantum cascade laser - for the two-photon excitation of the H+2 transition, and present its phase locking to a CO2 laser itself phase-locked to a frequency comb referenced to the international system of units via the REFIMEVE network. Stability transfer from the comb to the CO2 laser is achieved by a non-linear mixing process in an AgGaSe2 crystal.