NTP et Horloge Atomique au Césium

Transcription

20 mai 2011
Sciences Appliquées
Jean-Paul CIPRIA
NTP : Network Time Protocol
Césium 133 – Transitions Quantiques
– (Réf 1)
Horloges Atomiques
.
Jean-Paul Cipria – 20/05/2011
Update 21/05/2011
26/07/2011 – Oscillateurs ‘normaux’ : TCXO – VCXO
01/08/2011 : Altitude en relativité générale.
01/08/2011 : Explications succintes des interférences
de Ramsey.
08/08/2011 : Définition synchronisation – Définition
d’une PLL.
Avant-propos
NTP : Network
Time Protocol
Le protocole
de
temps sur les réseaux NTP permet
de mettre à jour
une
horloge
esclave à partir d’une
horloge maître ou de référence. Je traite en une
première partie ces petits calculs sur un protocole
‘simple’.
.
.
———————————————
.
Partie 1 : Network Time Protocol
• I.. Décalage de temps
• II. Propagation du signal
• III. Renvoi du signal par le serveur de temps
référent
• IV. Réception du signal par le client
• V.. Calcul du décalage Δτ
• VI. Calcul du temps de propagation moyen
Horloges Atomiques et références de temps
Dans une deuxième partie j’aborde la référence de
temps absolue, qui est le
Temps Atomique International, qui est tirée de l’asservissement d’une
cavité micro-onde sur les transitions quantiques
du Césium 133. Là c’est plus dur pour vous
.
.
Sommaire
Partie 2 : Horloges Atomiques
P
&
• Temps Atomique International
• Connaissances préalables
• Unités SI dans le cadre de la relativité générale
• Etats quantiques et valeurs propres du Cé-
http://www.nanotechinnov.com/ntp-network-time-protocol
Page 1
20 mai 2011
•
•
•
•
sium 133
Montage d’horloge atomique
Cavité de Ramsey
Composants électroniques
Références
•
.
———————————————
•
•
.
•
Network Time Protocol
Partie 1 : NTP :
Network Time
Protocol
.
I. Décalage de temps
Synchronisation
• Coordonne plusieurs opérations entre elles
dans le temps.
• Égalise les vitesses et met en concordance
de phase deux machines.
• Automobile : Disposition, fonction d’une
boîte de vitesse permettant de passer d’un
rapport à un autre sans que les pignons
s’entrechoquent.
• Asynchrone :
• Les données sont envoyées caractères par
caractères avec un intervalle de temps
pouvant les séparer. La synchronisation, ou
du moins le déclenchement d’écoute par le
récepteur se fait sur une série de bits ‘reconnaissables’ appelés bits ‘starts’ ou ‘pattern’.
• Le récepteur ‘s’engage’ à renvoyer un acknowledge à la réception de chaque carac-
•
tère.
La fréquence d’envoi et de réception peut
être, en ce cas, très variable sans qu’émetteur et récepteur soient synchronisés.
Un ‘time-out’ joue en ce cas le rôle d’avertisseur d’un délai de transmission ou de
réception dépassé.
Plésiochrone: ‘presque synchrone’ :
Systèmes communiquants à l’aide de signaux d’horloge ayant une même fréquence
nominale
mais avec une
tolérance
Exemple : 4 trunks à 2,048 MHz avec une
gigue de 50 ppm (Partie Par Million).
Isosynchrone:
Les données sont acheminées par groupes
d’octets à intervalles réguliers.
.
spéc
Horloge de référence
L’horloge de référence du serveur de temps est issue
du Temps Universel Coordonné
UTC lui même issu
du Temps Atomique International
TAI. Le calcul
du ‘déphasage” d’horloge entre deux systèmes est
relativement simple quoique astucieux et se résoud
par l’échange de deux messages et l’estimation du
temps de traitement et de propagation du signal.
Il est préférable que le serveur client, en demande de
correction d’horloge, fasse lui-même une demande
de synchronisation de temps car ainsi celui-ci maîtrise le temps et peut faire le calcul de déphasage
en deux messages seulement
Le décalage de temps entre la référence et le client
est Δτ.
Si nous postulons que Δτ est l’avance d’horloge du
client par rapport à la référence alors :
• Tclient = Tréf + Δτ
• Δτ = Tclient – Tréf
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VI. Calcul du temps de propagation
moyen
.
II. Propagation du signal
Le client envoie son top début de temps T1 au serveur de temps référent qui reçoit ce premier message aller au temps T2. Le temps de propagation du
signal est D entre le client et le référent.
Donc le référent reçoit le message à :
• T2 + T4 = ( T1 + D – Δτ
• T2 + T4 = T1 + T3 + 2.D
) + ( T3 + D + Δτ
)
D’ou
.
III. Renvoi du signal par le serveur
de temps référent
.
• D = (1/2).[ (T2 + T4) - (T1 + T3) ]
.
CQFD.
Le référent renvoie sa propre heure au temps T3.
1. NTP : Network Time Protocol Version 4: Protocol and
Algorithms
Specification :
http://tools.ietf.org/html/rfc5905
.
2. SNTP : Simple Network Time Protocol Version 4 for IPv4, IPv6 and OSI :
http://tools.ietf.org/html/rfc4330
IV. Réception du signal par le client
Le client reçoit le message retour à son temps T4.
Il reçoit donc au moment :
.
V.. Calcul du décalage ΔΔ
.
.
————————————————
• T2 – T4 = T1 + D – Δτ - ( T3 + D + Δτ )
• T2 – T4 = T1 + D – Δτ - T3 – D – Δτ
• T2 – T4 = T1 – T3 – 2.Δτ
.
Horloges Atomiques
D’ou
• Δτ
Partie II : Horloges
Atomiques
= (1/2) . [ T1 + T4 - (T2 + T3) ]
.
.
CQFD.
Temps Atomique International
Δτ
est donc l’avance de l’horloge du client. Le serveur client devra donc rectifierson
heure localeLa en
seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes
de la radiation correspondant à la transition entre
soustrayant la valeur Δτ
.
deux niveauxhyperfins
de
l’état fondamental
.
l’atome de Césium133 à une température de 0° K.
Page 3
de
20 mai 2011
Ou
… La théorie de la relativité générale prédit un déca-16
lage de fréquence entre les étalons d’environ 1.10
• (hfs Cs) = 9 192 631 770 Hz
en valeur relative par mètre d’altitude à la surface
de la Terre. Des effets de cet ordre de grandeur ne
Ou
peuvent pas être négligés lors de la comparaison des
meilleurs étalons de fréquence. …
• La
transition
entre les
niveauxhyperfins F =
Les effets relativistes sont du même ordre de gran4, M = 0 et F = 3, M = 0 de l’état fondamental
deur que 10-16pour des dimensions locales de l’ordre
2S1/2 de l’atome de Césium 133 non perturdu mêtre où sont situés les équipements. C’est pour
bé par des champs extérieurs est la valeur 9
celà qu’une précision supérieure n’est possible
192 631 770 hertz.
quand tenant compte de ces effets.
Les fréquences de tous les étalons primaires de fréquence doivent être corrigées pour tenir compte du
Q/R – JPC – 02/08/2011
décalage dû au rayonnement ambiant.
Question : A mon avis nous sommes sur une
géodésique terrestre en rotation et donc les difConnaissances préalables
férences d’altitude sont relativistes ?
• Interaction onde électrosmagnétique et
atomes par Ramsey (1950).
.
• Atomes froids.
:
Réponse Jean-Paul Cipria – 01/08/2011
Claude Cohen Tannoudji (1997) – Prix Nobel
Il y a bien un effet relativiste qui dépend de la
avec Steven Chu et William D. Phillips pour
gravité g et de la distance h entre l’appareil de
: « le développement de méthodes pour
mesure et la courbe géodésique de référence
refroidir et piéger des atomes avec des faisde la terre – la rotation, dans ce cas de relativité
ceaux laser ».
générale, n’entre pas en compte • Oscillation de Rabi : Ou couplage de deux
états quantiques.
La
formule
est
la
suivante
:
• Effet Zeeman est en fait la séparation de
niveauxatomiques
hyperfins
(dans le
cas
de
la détection de la frange de Ramsey d’une
horloge atomique).
Cette formule est issue de la relativité géné.
rale qui indique qu’un objet situé à l’altitude
h soumit au champs gravitationnel
g acquiert
de
l’énergie
s’il
‘descend’.
Comme
son
énergie
Les unités SI dans le cadre de la
augmente et, par exemple pour le photon son
relativité générale
énergie reste constante, donc sa fréquence
Les mesures effectuées avec les étalons des unités SI
aussi, alors on observe un décalage vers le
sont faites hors du contexte de la relativité générale.
rouge, vu par l’observateur. (Ou rougissement
C’est à dire que les unités sont censées être locales :
gravitationnel)
l’objet comparé, ou mesuré, se déplaçant de la même
façon que l’étalon et à une distance réduite. Mais …
• En effet le temps mis par la particule à descendre d’une hauteur
.
h est t = h/c
• Sa vitesse v croit du facteur g.t.
Citation
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Caractérisitiques du Césium
• Le rapport de la vitesse sur la vitesse de la
lumière est v/c.
– CQFD
• v/c = g.t/c = g.h/c²
(v/c est un ratio sans dimension)
• Ce site explique vraiment bien lea petite
démonstration ci-dessus :
http://www.astrosurf.com/luxorion/relativite-generale-ex3.htm
.
Exemple numérique :
•
•
•
•
Hauteur des appareils de mesure : h = 60 m.
Constante de gravitation :
Vitesse de la lumière : c = 300 000 Km/s.
-15
v/c = 6,54.10
.
.
Etats quantiques et valeurs propres
du Césium 133
Le Césium 133, comme tous les atomes, possède un
ensemble de ‘raies’ ou de niveaux d’énergie auxquels
il peut ‘accéder’ en changeant d’état quantique pour
peu que le milieu extérieur lui fournisse l’énergie
nécessaire. Son niveau d’énergie fondamental est
celui qu’il possède lorsqu’il est dans l’état, disons
| 0>, qui correspond à une température de 0 °K,
l’atome n’étant soumis à aucune autre sollicitation.
Ce qui est pratiquement impossible.
Cependant M. Marion nous montre, dans sa thèse
de doctorat, qu’un jet d’atomes de Césium est soumis à des collisions et des effets physiques externes
que nous pouvons amoindrir ou compenser. Ainsi
une précision relative de
2.10-16 sur une journée est
possible dans l’obtention de la fréquence de résonnance de la cavité micro-onde.
• Elément : Césium ou133Cs
.
• Caractéristiques à 25°C sous 1 bar (1013 hP) :
Métal alcalin solide.
.
• Numéro atomique : 55 (protons).
.
• Masse atomique : 132,905 g = 133 nucléons.
.
• Configuration électronique :
[Cs] = [Xe] 6s1
Le Césium
à
la
même configuartion
sur
Xénona qui on ajoute la 6ème couche S
laquelle existe un électron.
[Cs] = [Kr] 4d10 5s2 5p6 6s1
[Cs] = [Ar] 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 6s1
[Cs] = [Ne] 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2
5p6 6s1
.
Ceci est la description des couches
n=1 à
:
n=6 du Césium
.
[Cs] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6
4d10 5s2 5p6 6s1
.
Voir : http://www.nanotechinnov.com/tableperiodique-elements
.
• Electronégativité (Pauling) :
0,7
.
• Température de fusion :
28,5 °C
.
• Température d’ébullition :
670 °C
.
• Masse volumique : 1,87 g.cm-3
.
.
Page 5
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Les état quantiques fins du Césium
• Le dernier niveau électronique du Césium
133
Cs à l’état fondamental est : 6S ½
Soit n = 6– Premier niveau S – Un seul électron de spin ½.
.
• Le niveau excité juste au dessus du
6S½ sera
6P3/2.
La différence de longueur d’onde (id. de
fréquence ou d’énergie) est de
.
852 nm
.
• Les état sont soumis aux champs magnétiques lointains des protons qui différencient le niveau 6S½en deux sous-niveaux :
• Le niveaux F = 3en dessous du niveau de
départ et le niveau
f = 4au dessus restant
dans l’état fondamental
mf = 0.
• La différence de fréquence (d’énergie) entre
les deux sous-niveaux
3 et 4 est :
1
ν F4 F3 =–9 192ν 631 770
s.
• Etat 2 = | 4 ;
Valeur propre :
• Etat 1 = | 3 ;
Valeur propre :
.
0>
EF4
0>
EF3
F4
=
h
.
=
h.
ν
F3
ν
Cesium 133 Transitions Quantiques
.
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Quelles différences y-a-t-il entre le niveau
et 6P3/2 ? Pourquoi le nombre 1/2et 3/2 ?
6S1/2
Réponse Jean-Paul cipria – 09/08/2011 .
• Les deux niveaux hauts d’énergie sont tous
les deux situés sur la couche
, et p =
n=6
La couche 6S1/2est remplie à UN
0 (ou S).
électronmais possède la possibilité par le
d’accueillir un second
principe de Pauli
électron tout en restant dans le même niveau d’énergie. Nous serions dans l’état |
6S1/2> à l’énergie 6S1/2et l’autre électron à
l’état différent (Spin moins un demi) |
6S-1/2
> mais A LA MEME ENERGIE 6S1/2.
.
• Il faudrait donc un troisième électron pour
occuper la couche suivante :
1/2 + 1/2 + 1/2
qui, cette fois-ci, ne peut plus occuper
= 3/2
le même état mais est obligé d’occuper le
niveau d’énergie au-dessus noté
6P3/2. La
couche P est la couche suivante à
S lorsque
.
celle-ci est remplie à deux électrons.
.
• Remarque : la différence d’énergie entre
Le niveau du l’atome 6S 1/2de l’atome de Césium est
312
divisé en deux sous-niveaux (a et b
sur
la
figure ci- les deux niveaux est considérable,
THz, par rapport au deux sous-niveaux
dessus). Ceci est du aux effets magnétiques (Effet
(F=3à F=4) à 9,2 GHz
. Les deux niveaux
Zeeman) qui est un effet dit de ‘transition hypersont excitables par une diode LASER ‘norfine’. Il est le résultat de l’interaction du champ
magnétique nucléaire (spin nucléaire) avec le momale’.
ment magnétique (spin électronique) des électrons
.
du nuage de l’atome. Le ‘piégeage de la population
cohérente’ (CPT) requiet l’application de deux ondes
Le montage d’horloge atomique
optiques cohérentes de telle sorte que la différence
Le montage consiste à :
de fréquence soit égale à 9 192 631 770 Hz [1].
Les niveaux d’énergie de l’atome sont décrit par
l’Hamiltonien total :
.
Q/R – JPC – 08/08/2011
• Disposer d’un gramme de Césium 133 maintenu à 90 °K (-183°C ?).
• C’est bien T = 90°C
(Centigrade) ou 363,15
°K.
• Le Césium a une température de fusion
de 28,5 °C, les atomes sont donc dans l’état
liquide à 90°C sans être gazeux (670 °C).
• Les atomes Cs sont, en quelque sorte chauffés, pour que leur état d’agitation thermique
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
puisse être
mis
à
profit dans un
maté.
.
La collimation est effectuée par un LASER
en zig-zag entre deux faces de miroir.
.
Refroidir les atomes par un ensemble des 6
diodes LASER.
Les atomes en états | 4 ; 5 > sont sélectionnés puis refroidis en | 3 ; 4 >.
.
En désaccordant les ondes progressives-dégressives LASER il y a sélection des états | 4
;0>.
Une cavité de sélection ‘pompe’ l’état | 4 ; 0 >
et favorise le passage de | 4 ; 0 > vers | 3 ; 0 >
. (Ou |E2> et |E1> ).
Positionner et sélectionner les états quantiques entre les niveaux E1 et E2.
Par
déflexion
magnétique
dévier hors
trajet les atomes déjà dans l’état |E2>.
.
Faire entrer les atome E1 dans la cavité
résonnante ou RAMSEY qui fourni, le plus
exactement possible, le delta énergie entre
E1 et E2.
Lorsque la cavité résonne correctement
alors un grand nombre d’atomes de Césium
passent de l’énergie E1 à E2.
.
En sortie de cavité un système magnétique
dévie les atomes de niveau E1.
Il ne reste qu’à
compter le nombre
d’atomes
en
E2.
Par
mesure de
des populations des deux états ( N1 |E1> et
N2 |E2> ).
Plus le nombre d’atome |E2> est grand et
mieux la cavité résonnante est tunée ou asservie sur la valeur exacte de la fréquence.
jet
colli-
Cavité de Ramsey
L’astuce dans la manipulation est de faire repasser
le même faisceau deux fois dans la cavité Ramsey.
Celle-ci envoie une onde à la fréquence de résonnance 9 192 631 770 Hz. Plus les états | 1 > passent
du temps dans la cavité et plus la probabilité qu’il
passent à l’état | 2 > est grande. La désexcitation de
2 vers 1 est beaucoup moins probable et est négligée. Une seconde manière consiste à faire passer
le faisceau dans deux cavités successives tunées
exactement sur la même fréquence. Le résultat
est identique à la première méthode mais le temps
d’exposition est beaucoup plus rapide. C’est cette
méthode qui est adoptée dans la cavité de Ramsey.
L’élément de physique qui fait apparaitre les deux
raies hyperfines,
qui
ne
sont
pas
distingabl
raie pricipale est le fait de ‘COUPLER’ les deux états
quantiques
du
| 1 > et | 2 >. Ce phénomène est rendu
possible par les ‘oscillations de Rabi’.
Ensuite un détecteur constitué d’ondes stationnaires
dans les deux seuls états permis et sélectionnés permet d’interférer avec les atomes sélectionnés et de
mesurer
par
fluorescence et
par
populations respectives.
intégratio
To be completed – 21/05/2011.
01/08/2011 - Patience ! … – On y arrive !!!
Q/R – JPC 01/08/2011.
fluorescence
• Pourquoi
cette figure est
la cavité de Ramsey ?
oscillative
sur
.
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Composants
électroniques
Franges de Ramsey sur une Horloge Atomique au Césium - Thèse M. MARION
Fig. 1.5
Composant Horloge Atomique
.
• Parce que nous faisons ‘interférer’ la même
onde au même endroit, dans la cavité. Des
franges d’interférences apparaissent. Celle
centrée sur la fréquence de référence est
une raie d’épaisseur à mi-hauteur de
0,94
Hz.
.
• C’est à dire que nous obtenons un ‘bip’
qui correspond à la fréquence de résonnance sur laquelle il faut que le générateur
micro-onde soit asservi. Visiblement, au
Laboratoire ils se fixent sur un des flancs de
cette Dirac, là où la dérivée n’est pas nulle
Pour filer un coup de delta fréquence sur le
micro-onde à chaque fois qu’il se décale. La
mesure de cette ‘commande’ d’asservissement’ est un bruit blanc.
.
Le fabricant de composants électronique américain
SYMMETRICON.COM produit des puces technologique miniature. Dans un volume de 16 cm3 ou
un cube de 2,5 cm de coté pour une masse de 35
g. L’utilisation dans les années 2000 des VCSEL a
permis de remplacer les cavités radio-fréquences
par ces LASER à cavité réglable (Tunable).
1. Composant miniaturisé 35 grammes :
http://www.symmetricom.com/products/
frequency-references/chip-scale-atomicclock-csac/
.
.
VCSEL-Modulation
_______________________________________
.
.
Composants
Le synthétiseur
hyperfréquence
est
constitué
Page 9
20 mai 2011
d’un oscillateur à 4.6 GHz commandé en tension
(VCO), qui est verrouillé en phase par un TCXO à 10
MHz. Ce synthétiseur permet au SA.45S pour fournir
une sortie RF à une fréquence standard 10.0 MHz.
Oscillateurs à
quartz
Les TCXO et VCO sont contrôlés numériquement
-6
avec une résolution meilleure que 10
.
.
Les OVXO
Un oscillateur à quartz contrôlé par four (OCXO)
est un oscillateur utilisé à l’intérieur d’un four à
température contrôlée qui maintient le cristal et le
circuit oscillateur à une température constante. La
stabilité globale de l’OCXOs est de loin supérieure
à celle des autres oscillateurs à quartz. Les OCXOs
sont largement utilisés dans les télécommunications
par satellite, de radiodiffusion et autres applications
professionnelles.
Resonnance-CPT
.
• [1] : VCSELs for Atomic Sensors
D. K. Serkland, K. M. Geib, G. M. Peake, R.
Lutwak, A. Rashed,
M. Varghese, G. Tepolt, M. Prouty
• Documents de références
Horloge-Atomique
• La VCSEL agit en mode transversal simple.
λ1=894 nm est moins dégénéré que l’autre.
λ2=852 nm
.
———————————————————–
.
Oscillateurs
• 0,05 ppm de 0 à 60°C.
• 0,7 ppm sur un an.
Les TCXO
Les oscillateurs à cristaux à température compensée
(TCXO) offrent des caractéristiques de température
excellente conjointe à une faible consommation
d’énergie. Nous pouvons rêgler la fréquence de la
plupart de TCXO via une tension de commande externe (VC).
• Variation d’environ : 1 à 3 ppm.
• Plage de : 4 à 5V.
Les VCXO
Les oscillateurs à quartz contrôlés en tension (VCXO)
sont couramment utilisés dans les applications où
il est nécessaire de verrouiller un oscillateur local
de fréquence à une autre source, tel qu’un circuit
de récupération d’horloge.
La stabilité de VCXO est inférieure à celle d’un VCTCXO.
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Un filtre
passe-bas élimine la somme. Il ne reste que
la différence. Celle-ci est transformée en tension qui
vient en contre-réaction sur le contrôle du VCO.
• Stabilité : ± 20ppm à ± 100 ppm.
• Sortie compatible CMOS.
Les Filtres SAW
Surface Acoustic Wave : Onde acoustique (et non
pas sonore) de surface.
En général une onde se propage sur un crital piezzoélectrique de telle sorte que onde électrique et acoustique sont liées.
Citation Wikipedia :
..
——————————————–
.
Réf.
ACRONYMES
Un
filtre SAW (de
l’anglais
Surface Acoustic
Wave, « onde acoustique de surface ») est un
système électromécanique utilisé générale• UTC : Coordinated Universal Time.
ment dans des applications utilisant les ondes
• TAI : Temps Atomique International.
radio. Les signaux électriques sont convertis en
• TTSF : Time To Subsequent Fix. GPS.
onde mécanique par un cristal piézoélectrique.
• TCXO : Temperature Compensated Crystal
Cette onde est retardée lors de sa propagation
Oscillators.
dans le cristal, puis reconvertie en signal élec• VCXO : Voltage Controlled Crystal Oscillatrique. Les sorties retardées sont recombinées
tors.
pour constituer
un
filtre à
réponseimpulsion• OVXO : Oven Controlled Crystal Oscillator.
nelle finie.
• SAW : Surface Acoustic Wave.
• AN : Application Notes.
.
• CSAC : Chip Scale Atomic Clock : Horloge
Atomique à l’échelle d’une puce électronique.
Les PLL
• VC : Voltage Controlled. Composant dont
Phase Locked Loop : Boucle à Verrouillage de Phase.
une des caractéristiques de sortie est controlée par une tension d’entrée.
Ceci consiste à asservir un fréquence à contrôler f
•
VCSEL : Vertical Cavity Surface Emitting
e
.
Laser : Laser à émission de surface à cavité
par rapport à une fréquence de référence f
ref
verticale.
En général nous utilisons un VCO qui est un oscillateur
dont nous pouvons
modifier
légérement
la Population Trapping :
• CPT : Coherent
fréquence de résonance par une tension. L’astuce est
Technique pour ‘interroger’ les fréquences
de disposer d’un multiplieur ou d’un additionneur !
atomiques. Le LASER illumine les atomes
dans une cellule résonnante avec une onde
Celui-ci combine les deux ondes, celle d’entrée f
à
e
.
Si
nous
polarisée.
asservir avec la fréquence de référence f
ref
ajoutons les deux ondes alors apparait la somme
et la différence des fréquences selon la formule :
.
• cos(2.π. f e
(f e+ fref )/2
.
]
t)ref
+ .t)
- fref. )/2 ]
e
=
cos[
2.π.
cos(2.π.
f 2.———————————————cos[
2.π.
(f
Page 11
20 mai 2011
.
ment magnétique total électronique qui est la
somme du moment orbital et du moment de
spin et B le vecteur champ magnétique externe.
REFERENCES
1. Thèse : Fontaine à Césium 133 – M. Marion :
http://tel.archives-ouvertes.fr/index.php?
halsid=0n4o8p52k795h1fcc1q8g9bu92&vi
ew_this_doc=tel-00008921&version=3
.
2. Thèse Fontaine Atomique Cesium Harold
MARION
.
3. Thèse Fontaine Atomique Cesium M. Harold
MARION Présentation
.
4. http://harold.marion.free.fr/fontaine_atomique1.htm
.
5. Calculs, démonstrations et schémas :
Colimation d’un Jet de Cesium par Refroidissement Laser These Doctorat M. DiDomenicoG
Colimation-Jet-Cesium-Refroidissement-Laser-These_DiDomenicoG
.
6. Interaction onde – atome à deux énergies –
Cours Cohen Tannoudji - Fichier PDF :
Quantique-Onde-Deux-Niveaux-Energie-Cohen-Tannoudji-Cours2.PDF2
.
1. Unités
SI
Site
officiel :
http://www.bipm.org/fr/si/base_units/
2. Système SI Français :
http://www.bipm.org/utils/common/pdf/
si_brochure_8_fr.pdf
Dans le cas de l’effet Zeeman, on considère
une intéraction en champ faible.
Le cas de la correction par effet Zeeman est en
fait la séparation de niveaux atomiques hyperfins
(dans le
cas
de
la
détection
Ramsey d’une horloge atomique).
.
Cooling
Essai de traduction
de l’article de
référence de
Messieurs Dalibard
et Tannoudji
Comme j’essayais de suivre ce document je me
trouvais
confronté
à
la
difficulté
de
en oeuvre et de la traduction en Français. Désolé
Messieurs, j’espère ne pas enfreindre vos droits en
traduisant, pour moi d’abord, et pour mes collègues
ensuite qui
ne
peuventcumuler
deux difficultés
même temps. Je ne suis qu’un Homme. Désolé
.
1. Article de référence absolue sur le refroidissement LASER :
http://www.opticsinfobase.org/abstract.
cfm?URI=josab-6-11-2023
.
2. De la lumière LASER aux atomes ultrafroids – Cohen Tannoudji :
http://www.lkb.ens.fr/recherche/atfroids/
tutorial/index2.htm
.
Citation :
L’opérateur Hb est l’hamiltonien d’interaction
avec le champ magnétique extérieur à l’atome
tel qu Hb=-M.B (c’est un scalaire) et M, le mo-
.
Page 12
20 mai 2011
Essai 03/08/2011.
modulés, et le pompage optique entres-elles
mène à des forces dipôlaires et à un effet de
Sisyphe analogue à celle qui se produit dans la
mélassestimulée.
Dans le
second cas
+
), le –mécanisme
ration σ
σ de refroidissement
est radicalement différent. Même à une vitesse
très faible, le mouvement des atomes produit
une différence de population entre les sous-niveaux de l’état fondamental, ce qui donne lieu
à des pressions de rayonnement déséquilibrés.
Depuis les équations semi-classiques optiques
de Bloch, nous obtenons, pour les deux cas, les
expressions
quantitatives des
coefficients
frottement et de gammes de vitesse de capture.
Les
coefficients
de
frottement
sont
dans les deux cas comme indépendant de la
puissance du laser, qui produit une température d’équilibre proportionnelle à la puissance
du laser. Les températures les plus basses possibles qui approchent de l’énergie de recul d’un
seul photon. Nous discutons brièvement d’un
traitement quantique complet d’une telle limite.
Citation :
Laser cooling below the Doppler limit by
polarization gradients: simple theoretical
models
J. Dalibard and C. Cohen-Tannoudji
Collége de France et Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne de I’Ecole Normale Supérieure
[Laboratoire associé au Centre National de la
Recherche Scientifique (LA181et h I’Université Paris VI], 24, rue Lhomond, F-75231 Paris
Cedex 05. France
Reprinted from Journal of the Optical Society
of America B
Received April3.1989; accepted June 29,1989
Refroidissement Laser en dessous de la limite Doppler par gradient de polarisation
: modèles théoriques simples
Nous présentons deux mécanismes de refroidissement qui conduisent à des températures
bien inférieures à la limite Doppler. Ces mécanismes sont basés sur les gradients de polarisation du laser qui travaillent à puissance
laser basse lorsque le temps de pompage optique entre les différents sous-niveaux de l’état
fondamental deviennent long. Il y a alors un
décalage de temps important entre la réponse
atomique interne et le déplacement atomique,
qui conduit à une force de refroidissement
importante. Dans le cas simple d’une mélasse
(optique) à une seule dimension, nous identiFions deux types de gradient de polarisation
qui se produisent lorsque les deux ondes en
contre-propagation sont soit en polarisation
linéaire orthogonale soit en polarisation orthogonale circulaire. Dans le premier cas, les
changements de lumière des sous-niveaux de
l’état fondamental Zeeman sont spatialement
(con
de
prés
.
La suite au prochain épisode …
.
.
Jean-Paul Cipria – 20/05/2011
.
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NTP et Horloge Atomique au Césium

Transcription

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