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Page modifiée le dimanche 15 janvier 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 :

Contrôle absolu de fréquence avec un peigne de fréquence optique

Depuis une douzaine d’années, nous avons développé un dispositif qui permet de mesurer la fréquence absolue de transitions moléculaires dans le moyen-infrarouge (MIR) ou le visible avec une résolution (à 1 s) et une exactitude meilleure que quelques 10-14. Ce dispositif repose sur l’utilisation d'un laser à impulsions femtosecondes comme peigne de fréquences. L’incertitude des mesures est directement liée à la référence de fréquence utilisée pour contrôler la fréquence de répétition du peigne de fréquence.

 

Récemment, un nouveau dispositif plus fiable et plus performant a été reconstruit à partir d’un nouveau peigne de fréquence émettant autour de 1.55 µm. Grâce aux derniers développements sur les liens optiques, nous pouvons asservir ce peigne sur une référence de fréquence optique développée au SYRTE dont la fréquence absolue est contrôlée avec leurs étalons primaires de fréquence. Cette référence est transférée par lien optique au LPL et permet de contrôler la fréquence d’un laser MIR avec notre peigne de fréquence. Nous utilisons pour cela un dispositif de mélange non linéaire de fréquences afin de générer le battement entre un harmonique élevé de la fréquence de répétition du peigne et le laser MIR. La fréquence du laser MIR est alors connue avec une incertitude maximale de l’ordre de 10-14, pour un temps de mesure de 100 s, de deux ordres de grandeur meilleure que celle obtenue par les autres groupes internationaux.

 

Ce dispositif a tout d’abord été mis au point avec des lasers à CO2 émettant vers 30 THz, puis nous l’avons étendu à des lasers à cascade quantique. Ces derniers sont intrinsèquement plus bruyants et donc plus difficiles à stabiliser, mais nous avons pu démontrer les mêmes performances de stabilité (quelques 10-14 pour un temps de mesure de 1 s) et obtenu une largeur de raie record inférieure à 10 Hz (3x10-13 en valeur relative). Nous développons actuellement un dispositif de balayage en fréquence du peigne qui devrait permettre d’accorder le QCL stabilisé continûment sur plus d’un GHz pour des applications de spectroscopie moléculaire.

 

Avec ce projet, nous avons démontré que le signal ultrastable transféré par lien optique est une source fiable et efficace pour la stabilisation en fréquence d’une large gamme de lasers, éliminant ainsi le besoin de dispositifs locaux spécifiques de stabilisation de fréquence. Il s’agit d’une des toute premières applications des liens optiques et des peignes de fréquence qui dépassent le domaine de la métrologie. Ce système ouvre la voie à des expériences de très haute sensibilité sur des molécules, au même niveau que pour les atomes.

 

Contact 

Anne Amy-Klein

 

Références 

  1. B. Argence, B. Chanteau, O. Lopez, D. Nicolodi, M. Abgrall, C. Chardonnet, C. Daussy, B. Darquié, Y. Le Coq and A. Amy-Klein,
    Quantum cascade laser frequency stabilization at the sub-Hz level, 
    Nature Photonics (2015).
  2. B. Chanteau, O. Lopez, W. Zhang, D. Nicolodi, B. Argence, F. Auguste, M. Abgrall, C. Chardonnet, G. Santarelli, B. Darquié, Y. Le Coq and A. Amy-Klein,
    Mid-infrared laser phase-locking to a remote near-infrared frequency reference for high precision molecular spectroscopy, 
    New J. Phys.  15, 073003 (2013) .
  3. A. Shelkovnikov, R.J. Butcher, C. Chardonnet and A. Amy-Klein,
    Stability of the proton-to-electron mass ratio,  
    Phys. Rev. Lett.   100    , 150801, (2008).


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