Nouveaux concepts de stabilisation et de comparaison de
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Ecole Doctorale Sciences Fondamentales et Appliquées Université Nice Sophia Antipolis UFR Sciences Proposition de Sujet de Thèse pour Contrat Doctoral UNS Adresse e-mail à utiliser pout toute correspondance : [email protected] Titre de la thèse Nouveaux concepts de stabilisation et de comparaison de fréquences laser par interférométrie à fibre Thesis Title New concepts for stabilisation and comparison of laser frequencies with fiber-based interferometers Directeur de Thèse (HDR ou assimilé) Nom : LINTZ Prénom : Michel Téléphone : (33) 4 92 00 31 98 Courriel : [email protected] Laboratoire d'accueil ARTEMIS Co-directeur Nom : KEFELIAN Prénom : Fabien HDR : Non Unité de recherche : ARTEMIS Téléphone : (33) 4 92 00 30 22 Courriel : [email protected] Domaine Scientifique DS8 - Sciences pour l'Ingénieur Ecole Doctorale Sciences Fondamentales et Appliquées Université Nice Sophia Antipolis UFR Sciences Description du sujet Les lasers sont les sources de base pour la génération de signaux de grande pureté spectrale aux fréquences optiques. Ces quinze dernières années la stabilisation et la comparaison de ces fréquences a fait des progrès considérables grâce aux cavités Fabry-Pérot ultra-stables et aux lasers femtoseconde [1,2]. ARTEMIS est un laboratoire à forte composante expérimentale, à l’interface de la physique et des sciences de l’ingénieur, reconnu notamment pour son implication dans la détection des ondes gravitationnelles [3]. Notre équipe s’intéresse à de nouveaux concepts pour la stabilisation et la comparaison de fréquences optiques en utilisant des interféromètres à fibres optiques et des composants photoniques fibrés du fait de leurs avantages en termes de compacité, robustesse, fiabilité, simplicité d’utilisation et coût. En 2009 il a été démontré [4-5] qu’un interféromètre réalisé à partir d’une bobine kilométrique de fibre optique standard pouvait présenter une stabilité de longueur optique approchant celle d’une cavité optique monolithique ultra-stable. Sur cette base nous proposons d’étudier les propriétés de stabilité différentielle de la longueur optique d’une fibre à deux longueurs d’onde différentes, ceci dans le cadre de deux applications : le transfert spectral de stabilité de fréquence, et la stabilisation de fréquence laser par auto-compensation des dérives thermiques. Il n’existe à l’heure actuelle aucune donnée concernant ces propriétés des fibres optiques, ce sujet de thèse apportera par conséquent des connaissances scientifiques entièrement nouvelles sur les fibres optiques tout en quantifiant leur potentiel technologique en métrologie des fréquences. Le doctorant (master en physique expérimentale ou appliquée, ou école d'ingénieur) réalisera un travail largement pluridisciplinaire mais centré sur l'optique/photonique: réalisation de montages expérimentaux à base de lasers et composants optiques fibrés et d’asservissements électroniques, développement de techniques de caractérisation de bruit et de mesures physiques, analyse de données. Le doctorant sera également amené à proposer de nouvelles expériences et à imaginer des solutions pour repousser les limites rencontrées. Selon son intérêt, il pourra s’orienter sur des aspects plus appliqués ou plus fondamentaux. Le laboratoire dispose d’équipements de mesure de haute performance et s'appuie sur une large expertise en électronique et asservissements. [1] Optical frequency metrology, Th. Udem, R. Holzwarth & T. W. Hänsch, Nature 416, 233-237 (2002) [2] www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2005/ [3] "Advanced Virgo: a second-generation interferometric gravitational wave detector", Classical and Quantum Gravity 32 (2015) 024001 [4] F. Kéfélian et al., "Ultralow-frequency-noise stabilization of a laser by locking to an optical fiber-delay line," Opt. Lett. 34, 914-916 (2009) [5] H. Jiang et al., "An agile laser with ultra-low frequency noise and high sweep linearity," Opt. Express 18, 3284-3297 (2010) Description of the thesis Lasers are key sources for the generation of high spectral purity signals at optical frequencies. During the last fifteen years, stabilisation and comparison of laser frequency Ecole Doctorale Sciences Fondamentales et Appliquées Université Nice Sophia Antipolis UFR Sciences have been greatly improved thanks to ultra-stable Fabry-Perot cavities and femtosecond lasers [1,2]. ARTEMIS is a laboratory with a strong experimental component at the interface between physics and engineering, it is recognized in particular for its implication in the detection of gravitational waves [3]. Our team addresses new concepts in the stabilisation and comparison of optical frequencies using optical fiber based interferometers, due to their advantages in terms of compacity, robustness, reliability, simplicity of use and lower cost. In 2009, km-length standard fiber spool based interferometers were shown to exhibit a length stability close to the performance of ultra-stable monolithic optical cavities. From this result, we propose to study and exploit the properties of the differential stability of an optical length of fiber at two different wavelengths in the frame of two applications : the spectral transfer of frequency stability, and absolute laser frequency stabilisation by self-compensation of thermal drifts. There is currently no data concerning these properties of optical fiber, this doctoral thesis subject will consequently provide entirely new knowledge on optical fibers, and their potentiel for frequency metrology. The student (master in experimental or applied physics) will implement experimental setups based on fibered optical components and electronic servo loops, develop techniques for noise measurement and data analysis. He/she will suggest, and implement, improvements of the setup to challenge the limits encountered. Depending on his interest he will address more applied or more fundamental issues. The student will benefit from the expertise in electronics and servo loops, and the high-end metrology instruments available in the lab. [1] Optical frequency metrology, Th. Udem, R. Holzwarth & T. W. Hänsch, Nature 416, 233-237 (2002) [2] www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2005/ [3] Advanced Virgo: a second-generation interferometric gravitational wave detector, Classical and Quantum Gravity 32 (2015) 024001 [4] F. Kéfélian et al., "Ultralow-frequency-noise stabilization of a laser by locking to an optical fiber-delay line," Opt. Lett. 34, 914-916 (2009) [5] H. Jiang et al., "An agile laser with ultra-low frequency noise and high sweep linearity," Opt. Express 18, 3284-3297 (2010) Informations complémentaires Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
