**Revue française de métrologie


n° 32, Vol. 2012-4, 3-14, DOI : 10.1051/rfm/2012011

Horloge à cellule de césium et piégeage cohérent de population : étude des principaux effets affectant la stabilité de la fréquence

Caesium cell coherent population trapping clock: main effects affecting the frequency stability

 

Olga KOZLOVA1,2, Jean-Marie DANET1, Stéphane GUERANDEL1 et Emeric de CLERCQ1

1 Laboratoire national de métrologie et d’essais – Systèmes de Référence Temps-Espace (LNE-SYRTE), Observatoire de Paris, CNRS UMR 8630, Université Pierre et Marie Curie, 61 Avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France, emeric.declercq@obspm.fr.
2 Adresse actuelle : Laboratoire commun de métrologie LNE-CNAM (LCM), CNAM, 61 Rue du Landy, 93210 La Plaine Saint Denis Cedex, France.

Résumé : Les horloges atomiques basées sur l’effet de piégeage cohérent de population permettent d’obtenir de meilleures performances que les horloges micro-ondes conventionnelles à cellule de vapeur ou de les miniaturiser grâce à une interrogation purement optique. Nous présentons dans cet article un prototype d’horloge à piégeage cohérent de population dans une cellule de vapeur de césium développé au LNESYRTE. Il réunit deux techniques originales : un schéma d’excitation avec deux polarisations linéaires et orthogonales et une interrogation de type Ramsey. La combinaison de ces deux techniques permet d’observer des résonances étroites avec un bon rapport signal à bruit. Les principaux effets pouvant affecter la stabilité de fréquence sont étudiés : l’effet du gaz tampon, celui du champ magnétique et de la puissance du laser, et enfin l’influence du bruit de l’oscillateur local ou effet Dick. La stabilité relative de fréquence obtenue est égale à 7×10-13 à 1 s et descend jusqu’à 2×10-14 à 2 000 s.

Abstract: Atomic clocks using coherent population trapping (CPT) allow to improve performances of vapour cell conventional microwave clocks, or else to miniaturize them thanks to of a full optical interrogation. In this paper, we describe a prototype developed at LNE-SYRTE. It combines two original techniques: an excitation scheme with two linearly and orthogonally polarized beams, and a Ramsey interrogation. This enables the observation of narrow resonances with a good signal-to-noise ratio. A few major effects influencing the frequency stability are addressed; they are the effect of the buffer gas, of the magnetic field, of the laser power, and finally the effect of the local oscillator noise or Dick effect. The measured frequency stability is 7×10-13 at 1 s and 2×10-14 at 2 000 s.

Mots clés : MÉTROLOGIE TEMPS-FRÉQUENCE, HORLOGE ATOMIQUE, HORLOGE COMPACTE, PIÉGEAGE COHÉRENT DE POPULATION, RÉSONANCE NOIRE, CELLULE DE CÉSIUM, GAZ TAMPON.

Key words: TIME FREQUENCYMETROLOGY, ATOMIC CLOCK, COMPACT CLOCK, COHERENT POPULATION TRAPPING, DARK RESONANCE, CAESIUM CELL, BUFFER GAS.


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