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Stabilisation d’un laser à cascade quantique au niveau sub-Hz

Figure : Schéma du dispositif expérimentalLes mesures de haute précision avec des molécules sont susceptibles d’aider à affiner notre connaissance de divers champs de la physique allant de la physique de l’atmosphère ou des milieux interstellaires au modèle standard ou bien même à la physique au-delà du modèle standard. La plupart de ces expériences de précision sont des mesures spectroscopiques qui nécessitent l’utilisation de lasers de largeurs de raie étroite, et de fréquence bien contrôlée. La région du moyen infrarouge (longueur d’onde entre 3 et 25 µm) est d’un intérêt particulier car elle est le siège de nombreuses signatures spectrales intenses de vibrations moléculaires, mais les lasers à cascade quantique typiquement utilisés dans ce domaine spectral présentent des fluctuations de fréquence importantes. Des chercheurs du LNE-SYRTE (Observatoire de Paris, CNRS, UPMC Université Paris 6) et de l’équipe Métrologie, Molécules et Tests Fondamentaux  du LPL (Université Paris 13 et CNRS) viennent de démontrer que l’excellente stabilité et exactitude d’un laser proche infrarouge ultra-stable, dont le signal est transféré par fibre optique du SYRTE vers le LPL, peuvent être recopiées sur un laser à cascade quantique émettant autour de 10 µm par le biais d’un peigne de fréquences optiques. Les stabilité et exactitude relatives obtenues, 2 x 10-15 et 10-14, dépassent de près de deux ordres de grandeurs celles démontrées auparavant avec des lasers à cascade quantique.



Ce travail ouvre la voie à des mesures spectroscopiques de précision sur des molécules aux niveaux ultimes jusque-là réservés aux expériences sur des atomes, dans le visible ou le proche infrarouge. Le dispositif a d’ores et déjà permis des mesures de fréquences d’absorption moléculaire avec une incertitude à l’état de l’art, confirmant son potentiel pour la spectroscopie de ultra-haute précision.



Ce travail est publié dans la revue Nature Photonics (Quantum cascade laser frequency stabilization at the sub-Hz level, B Argence, B Chanteau, O Lopez, D Nicolodi, M Abgrall, C Chardonnet, C Daussy, B Darquié, Y Le Coq and A Amy-Klein, Nature Photonics 9, 456–460, 2015).




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