Station automatique de mesures et inter

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PROJET
Station automatique de mesures et inter-comparaisons des références
optiques de fréquence
L ABORATOIRE
LNE-SYRTE
A NNEE DE LANCEMENT DU
PROJET
2011
D OMAINE
Système International
d’Unités
I NTERESSANT POUR Fréquence optique, temps-
fréquence, inter-comparaison
OBJECTIFS
Mesurer de manière permanente les références de fréquences optiques du laboratoire, sans dégradation de stabilité et
exactitude. Référencement aux étalons primaires des liens optiques fibrés existant entre le LNE-SYRTE et les
laboratoires distants raccordés. Génération d’un signal micro-onde utilisable comme oscillateur local pour les fontaines
atomiques du laboratoire.
RÉSUMÉ ET PREMIERS RÉSULTATS
Ce projet se situe dans le prolongement des études qui ont été effectuées par le LNE-SYRTE depuis plusieurs
années sur les « chaînes de mesures de fréquence optiques » à l’aide de lasers femtosecondes. Celles-ci ont
atteint un degré de maturité suffisant. Les besoins exprimés sont de donner une dimension opérationnelle
avec un fonctionnement quasi autonome à l’issue de ce projet.
Actuellement, le LNE-SYRTE développe plusieurs projets d’horloge optiques qui sont destinées à constituer
les étalons de fréquence de très hautes performances du futur. Les peignes de fréquences basés sur des
lasers femtosecondes constituent le moyen obligé de transférer et de raccorder ces références de
fréquences vers le domaine micro-onde, étalons primaires actuels. Les peignes de fréquence sont
également au cœur des processus d’inter-comparaisons entre différentes références de fréquences
optiques fonctionnant à des longueurs d’ondes différentes. Ils permettent également la connexion des
références du laboratoire aux systèmes métrologiques situés dans des laboratoires distants via le réseau de
distribution de signaux métrologiques par fibre optique actuellement en développement.
La grande force de cet instrument sera d’effectuer des inter-comparaisons au meilleur niveau de
performance actuel, sans dégrader les performances des horloges atomiques développées à l’heure
actuelle, de manière autonome et sans intervention humaine. Les systèmes existant nécessitent en effet
une intervention quasi constante du personnel de recherche, ce qui est une limitation cruciale pour
l’exploitation future des données, en particulier pour la participation des horloges optiques à la définition
du temps atomique international (TAI).
Les premiers travaux du laboratoire ont permis de mettre en place l’architecture d’automatisation des
comparaisons de fréquences, tels que le développement d’un logiciel de calcul des différents paramètres de
mesures de la fréquence optique pour le lien fibré à 1,5 µm (longueur d’onde utilisé pour les
communications optiques), ainsi que le déploiement d’un système simple de retour à l’asservissement des
peignes de fréquences sur le laser optique à 1,5 µm. Ces étapes sont primordiales dans l’objectif à plus long
terme de comparaisons à distance de fréquence optique entre deux laboratoires.
Dans un second temps, le laboratoire a poursuivi ses mesures sur les fréquences des lasers utilisés dans les
horloges optiques à atomes de mercure (Hg) et de strontium (Sr). Ainsi, dans le cas d’atome de Sr, le

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laboratoire a travaillé sur le doublage de fréquence du laser femtoseconde afin que le peigne puisse
rejoindre la longueur d’onde d’interrogation de l’horloge se situant à 698 nm (dans le cas du Hg, sa
longueur d’onde d’interrogation étant à 1,06 µm, celle-ci est comprise dans le peigne sans doublage).
Les prochaines étapes permettront d’améliorer l’automatisation de l’architecture installé, l’amélioration
d’un signal micro-onde à 9 ,2 GHz pour les fontaines atomiques du laboratoire et le cas échéant, l’ajout de
nouvelles longueurs d’onde et références de fréquence au système en lien avec d’autre projet du
laboratoire.
IMPACTS
- Comparaison de fréquence optique à grande distance par lien fibré (>1000 km), participation au temps
Atomique International (TAI) à long terme
PUBLICATIONS / COMMUNICATIONS
- Zhang W., Lours M., Fischer M., Holzwarth R., Santarelli G., Le Coq Y., "Characterizing a fiber-
based frequency comb with electro-optic modulator", IEEE Transactions on Ultrasonics,
Ferroelectrics, and Frequency Control 59, (2012), 432
- Zhang W., Li T., Lours M., Seidelin S. and Santarelli G., Lecoq Y., "Amplitude to phase conversion of
InGaAs PIN photodiodes for femtosecond lasers microwave signal generation", Applied Physics B:
Lasers and Optics 106, (2012), 301
- Le Targat R., Lorini L., Gurov M., Zawada M., Gartman R., Nagórny B., Lemonde P. and Lodewyck
J., “Comparison of two Strontium optical lattice clocks in agreement at the 10-16 level”, 26th
European Frequency and Time Forum (EFTF), Göteborg, Suède, 24-26 Avril 2012.
PARTENAIRES PROJETS ASSOCIES
- Recherche Exploratoire sur les Peignes de
Fréquence Optique (REPFO)
- Horloges optiques de Sr et Hg
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16 avril 2014