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Page modifiée le vendredi 15 septembre 2017

L’équipe Métrologie, Molécules et Tests Fondamentaux développe des expériences de spectroscopie moléculaire à ultra-haute résolution dans l’infrarouge et de métrologie des fréquences optiques.

Ses projets de recherche sont regroupés autour des axes suivants :

Transfert de fréquences par lien optique

Anne Amy-Klein, Christian Chardonnet, Olivier Lopez, Etienne Cantin

Le développement de liens optiques entre laboratoires distants est un des principaux défis de la métrologie du temps-fréquence, car les progrès en stabilité des horloges atomiques sont telles que les comparaisons de leurs fréquences par liens satellitaires, tels le GPS, ne sont pas assez sensibles. Concrètement, un lien optique doit permettre de transmettre entre deux laboratoires une référence ultra-stable de fréquences avec une résolution meilleure que 10-15 pour un temps de mesure de 1 s et meilleure que 10-17 sur quelques heures. Les applications dépassent le domaine de la métrologie car les comparaisons à distance d’horloges permettent de réaliser de nombreux tests de physique fondamentale. La mise à disposition d’une référence de fréquence pour de nombreux laboratoires ouvre le champ à une large gamme de mesures de très haute sensibilité.

 

Principe du lien optique
Un lien optique est constitué d’une fibre optique dans laquelle on injecte un laser stabilisé en fréquence, si bien que le signal transféré est constitué de la phase du laser. Une boucle d’asservissement permet de corriger les variations de phase dues aux fluctuations de la longueur optique de la fibre. On peut aussi transférer un signal radiofréquence en modulant l’amplitude du laser transmis.

 

Développements nationaux et internationaux

Dans un premier temps, nous avions développé un lien optique entre le SYRTE, laboratoire national de métrologie, et le LPL, afin de transférer un signal de référence de qualité métrologique pour nos expériences de très haute précision sur des molécules. En collaboration avec le SYRTE, nous avons ensuite décidé d’étendre cette technique à l’échelle nationale ou internationale. Pour cela, nous avons choisi d’utiliser directement les fibres du réseau académique national, grâce à une collaboration avec RENATER (Réseau National de télécommunications pour la Technologie l'Enseignement et la Recherche). Nous exploitons la technique du multiplexage en longueur d’onde : le signal ultrastable est transmis simultanément avec les données numériques mais à une longueur d’onde spécifique. Nous avons aussi développé des stations de régénération tout optique afin d’étendre le réseau sur de plus grandes distances. Nous avons ainsi démontré un lien optique de 1500 km jusqu’à Strasbourg et retour pour lequel les fluctuations relatives de fréquence apportées par la propagation sont réduites à quelques 10-16 pour un temps de mesure de 1 s et à environ 10-19 à partir de 103 s. Cela donne la possibilité de transférer les meilleures horloges optiques sans dégradation de leur stabilité ou exactitude. Nous avons également étudié différentes architectures de distribution du signal ultrastable par lien optique, par exemple par extraction le long du lien, et exploré les limites fondamentales et technologiques de la réjection du bruit de propagation. Dernièrement, nous avons pu réaliser deux liens internationaux vers les instituts de métrologie allemands et anglais. Les horloges à réseau optique de Strontium française et allemande ont pu être comparées avec une résolution inégalée de 4x10-17. Cela ouvre la voie à plusieurs expériences de très haute précision, comme par exemple la mesure de différence de potentiels gravitationnels. Enfin, dans le cadre du programme d’investissements d’avenir, nous avons été financés pour établir un réseau national de distribution d’un signal métrologique (Equipex Refimeve+).

 

Contact

Anne Amy-KleinOlivier Lopez

 

Références

  1. J. Guéna, S. Weyers, M. Abgrall, C. Grebing, V. Gerginov, P. Rosenbusch, S. Bize, B. Lipphardt, H. Denker, N. Quintin, S. M. F. Raupach, D. Nicolodi, F. Stefani, N. Chiodo, S. Koke, A. Kuhl, F. Wiotte, F. Meynadier, E. Camisard, C. Chardonnet, Y. Le Coq, M. Lours, G. Santarelli, A. Amy-Klein, R. Le Targat, O. Lopez, P. E. Pottie, G. Grosche,
    First international comparison of fountain primary frequency standards via a long distance optical fiber link,
    Metrologia 54, 348–354, (2017).
  2. Won-Kyu Lee, Fabio Stefani, Anthony Bercy, Olivier Lopez, Anne Amy-Klein, and Paul-Eric Pottie,
    Hybrid fiber links for accurate optical frequency comparisons,
    Appl. Phys. B 123, 161, (2017).
  3. P. Delva, J. Lodewyck, S. Bilicki, E. Bookjans, G. Vallet, R. Le Targat, P.-E. Pottie, C. Guerlin, F. Meynadier, C. Le Poncin-Laffitte, O. Lopez, A. Amy-Klein, W. Kyu Lee, N. Quintin, C. Lisdat, A. Al-Masoudi, S. Dorscher, C. Grebing, G. Grosche, U. Sterr, I. R. Hill, R. Hobson, W. Bowden, J. Kronjager, G. Marra, A. Rolland, F. N. Baynes, H. S. Margolis, and P. Gill,
    Test of special relativity using a fiber network of optical clocks,
    Phys. Rev. Lett. 118, 221102, (2017).
  4. Lisdat C., Grosche G., Quintin N., Shi C., Raupach S.M.F., Grebing C., Nicolodi D., Stefani F., Al-Masoudi A., Dörscher S., Häfner S., Robyr J.-.-L, Chiodo N., Bilicki S., Bookjans E., Koczwara A., Koke S., Kuhl A., Wiotte F., Meynadier F., Camisard E., Abgrall M., Lours M., Legero T., Schnatz H., Sterr U., Denker H., Chardonnet C., Le Coq Y., Santarelli G., Amy-Klein A., Le Targat R., Lodewyck J., Lopez O., Pottie P.-É.,
    A clock network for geodesy and fundamental science,
    Nature Communications, 7, 12443, (2016).
  5. Bercy A., Lopez O., Pottie P.-É., Amy-Klein A.,
    Ultra-stable optical frequency dissemination on a multi-access fibre network,
    Applied Physics B: Lasers and Optics, 122, 7, 189, (2016).
  6. Chiodo N., Quintin N., Stefani F., Wiotte F., Camisard E., Chardonnet C., Santarelli G., Amy-Klein A., Pottie P.-É., Lopez O.,
    Cascaded optical fiber link using the internet network for remote clocks comparison,
    Optics Express, 23, 26, 33927-33937, (2015).
  7. Fabio Stefani, Olivier Lopez, Anthony Bercy, Won-Kyu Lee, Christian Chardonnet, Giorgio Santarelli, Paul-Eric Pottie, and Anne Amy-Klein,
    Tackling the Limits of Optical Fiber Links,
    JOSAB 32, 787-797 (2015).
  8. A. Bercy, F. Stefani, Olivier Lopez, Christian Chardonnet, Paul-Eric Pottie, and Anne Amy-Klein,
    Two-Way Optical Frequency Comparisons Over 100 km Telecommunication Network Fibers,
    Physical Review A Rapid Comm, 90, 001802(R) (2014).
  9. Lopez O., Kanj A., Pottie P.E., Rovera D., Achkar J., Chardonnet C., Amy-Klein A., Santarelli G.,
    Simultaneous remote transfer of accurate timing and optical frequency over a public fiber network,
    Applied Physics B 110 (1), 3-6 (2013).
  10. Lopez O., Haboucha A., Chanteau B., Chardonnet C., Amy-Klein A., Santarelli G.,
    Ultra-stable long distance optical frequency distribution using the Internet fiber network,
    Optics Express 20, 23518-23526 (2012).
  11. O. Lopez, A. Haboucha, F. Kéfélian, H. Jiang, B. Chanteau, V. Roncin, C. Chardonnet, A. Amy-Klein and G. Santarelli,
    Cascaded multiplexed optical link on a telecommunication network for frequency dissemination,
    Optics Express 18, 16849-16857, (2010).
  12. O. Lopez, A. Amy-Klein, M. Lours, Ch. Chardonnet, G. Santarelli,
    High-resolution microwave frequency dissemination on an 86-km urban optical link,
    Applied Physics B 98, 723-727, (2010).
  13. F. Kéfélian, O. Lopez, H. Jiang, C. Chardonnet, A. Amy-Klein and G. Santarelli,
    High-resolution optical frequency dissemination on a telecommunication network with data traffic,
    Optics Letters 34, 1573, (2009).
  14. O. Lopez, A. Amy-Klein, C. Daussy, Ch. Chardonnet, F. Narbonneau, M. Lours, and G. Santarelli,
    86-km optical link with a resolution of 2x10 -18 for RF frequency transfer,
    EPJD 48, 35, (2008).
  15. H. Jiang, F. Kéfélian, S. Crane, O. Lopez, M. Lours, J. Millo, D. Holleville, P. Lemonde, Ch. Chardonnet, A. Amy-Klein, G. Santarelli,
    Long-distance frequency transfer over an urban fiber link using optical phase stabilization,
    JOSA B 25, 20292035, (2008).


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