PhD Thesis: Développement d`une horloge atomique à cellule de

 PhD Thesis: Développement d’une horloge atomique à cellule de Cs de haute performance. Spectroscopie et comparaison entre cellules à gaz tampons et revêtements anti‐relaxants. Contexte et objectifs: Les étalons atomiques fournissent la source ultime d’exactitude et de stabilité pour les systèmes de communication modernes, les systèmes de navigation ou les systèmes de défense. Dans ce domaine, les horloges à atomiques microondes à cellule de vapeur, principalement les horloges à rubidium disponibles commercialement, sont réputées comme étant des candidats très intéressants car elles combinent compacité, une faible puissance de consommation et une excellente stabilité relative de fréquence de l’ordre de quelques 10‐13 ‐1/2 pour les meilleurs prototypes de laboratoire. Le cœur de ce type d’horloge est une cellule contenant la vapeur alcaline. Deux techniques sont connues pour augmenter la durée de vie de la transition d’horloge dans une cellule. La première consiste à diluer la vapeur alcaline à l’aide d’une pression de gaz tampon. Les collisions fréquentes entre atomes alcalins et atomes de gaz tampon ralentissement le mouvement des atomes alcalins, augmentant ainsi le temps que mettent ces derniers pour entrer en collision contre les parois internes de la cellule. Cependant, la présence de gaz tampon induit un déplacement et un élargissement des transitions optiques ainsi qu’un déplacement de fréquence dépendant en température de la fréquence d’horloge. Une seconde méthode consiste à déposer un revêtement anti‐relaxant sur les parois internes de la cellule. Par ce biais, les atomes alcalins expérimentent de nombreux rebonds sur les parois de la cellule avant de destruction de la population ou cohérence atomique observée. A FEMTO‐ST, nous développons dans le cadre du projet MClocks (http://www.inrim.it/Mclocks/) une horloge atomique à césium, basée sur le phénomène de piégeage cohérent de population (CPT). Les performances de stabilité actuelles sont de 3 10‐13 ‐1/2 jusque 100 s d’intégration, classant cette horloge parmi les meilleures horloges à cellule au monde. Sur notre setup actuel, différents points‐durs clés ont été identifiés et plusieurs voies sont suggérées pour rendre cette horloge plus performante, voire plus compacte. Le sujet de thèse présent a pour but de développer une architecture nouvelle d’horloge à Cs CPT de haute‐performance. Cette horloge sera utilisée pour des tests de physique, visant à comparer par spectroscopie laser, les caractéristiques de cellules à gaz tampon et/ou matériaux anti‐relaxants. Les cellules seront réalisées par collaboration avec le LNE‐SYRTE, Observatoire de Paris. Le candidat travaillera sur: ‐ Développement d’une horloge CPT à cellule de cesium de haute performance avec stabiltié relative de fréquence de quelques 10‐13 ‐1/2. Cette horloge combinera une diode laser à faible largeur spectrale, un modulateur électro‐optique (EOM), un système spécifique pour la polarisation du faisceau et une cellule à césium. Un modulateur acousto‐optique sera mis en place pour rendre possible la detection de franges de Ramsey‐CPT à fort contraste dans la cellule. Le candidat à la mise en place et caractérisation de chaque brique de l’horloge (montage diode laser, stabilisation laser, caractérisation EOM, module physique autour de la cellule, oscillateur local microonde…). ‐ Réalisation et remplissage en collaboration avec le LNE‐SYRTE de cellules à vapeur de césium à gaz tampon et/ou à revêtements anti‐relaxants. ‐ Spectroscopie laser des cellules : mesures de temps de relaxation (population et cohérence microonde), largeur de résonance CPT, énergie d’adsorption, déplacement de fréquence collisionnel, franges de Ramsey etc.. ‐ Comparaison entre technique gaz tampon et revêtement anti‐relaxant. Applications au développement d’une horloge atomique de haute performance. [1]: X. Liu et al., Phys. Rev. A 87, 013416 (2013). [2] X. Liu et al., Optics Express 21, 10, 12451 (2013). Profil du candidat: ‐ Rigueur scientifique et forte motivation ‐ Autonomie mais bien adapté pour travailler avec collègues et partenaires. L’étudiant en thèse travaillera dans une équipe de 5‐6 chercheurs‐ingénieurs de FEMTO‐ST dans le cadre d’un projet européen ambitieux mettant en commun l’expertise des meilleurs acteurs européens du domaine. Le candidat sera aidé par les services techniques de FEMTO‐ST (électronique, mécanique, informatique,…). ‐ Physique appliquée expérimentale générale (le candidat travaillera en optique, électronique, mécanique, ultra‐
vide,..). ‐ Niveau d’anglais correct. Le candidat présentera ses travaux dans des conférences internationales et visera la publication de ces résultats dans des journaux scientifiques à fort facteur d’impact (Optics Letters, Optics Express, Phys. Rev., etc.). Laboratoire: FEMTO‐ST, Time&Frequency department UMR6174, CNRS, UFC, ENSMM, UTBM 26 chemin de l’Epitaphe 25030 Besancon cedex. www.femto‐st.fr Contact : Rodolphe Boudot (CR1 CNRS, HDR) rodolphe.boudot@femto‐st.fr Tel: +33 (0)3 81 40 28 56 Début de la these (date limite): Décembre 2015. Durée: 3 ans Salaire ~ 1500 € net/mois [Contrat doctoral Région de Franche‐Comté]