Etude d'un etalon de frequence atomique a 729 nm : realisation et stabilisation du laser d'interrogation

Abstract

L'objet de ce travail est la realisation d'une source laser a 729 nm en vue de faire un etalon de frequence atomique dans le domaine optique. La reference atomique est donnee par un ion calcium confine dans un piege radio-frequence. En effet, l'ion ca#+ possede un niveau #2d#5#/#2 metastable. La transition #2s#1#/#2 - #2d#5#/#2 a 729 nm presente donc un facteur de qualite excellent (environ 10#1#5). L'objectif de l'experience est d'asservir un laser sur cette transition. Dans ce memoire, nous presentons les differentes etapes de la realisation du laser a 729 nm. La premiere consiste a faire emettre a 729 nm une diode laser commerciale oscillant a 750 nm, a l'aide d'un fort refroidissement (vers -90c). La seconde etape consiste a placer cette diode en cavite etendue afin de faire un preaffinement spectral et de pouvoir selectionner finement la longueur d'onde. Les problemes de stabilite mecanique des cavites etendues classiques ont ete resolus grace a une technique d'auto-alignement: differents types de cavites etendues auto-alignees sont decrites. Enfin, nous decrivons l'asservissement par la technique de pound-drever d'une diode laser montee en cavite etendue. Le fabry-perot qui sert de reference est en materiau ule, ses miroirs sont fixes par adherence moleculaire et il est place sous vide, ce qui garantit une excellente stabilite a court et moyen terme. Sa finesse est superieure a 15000. La densite spectrale de bruit de frequence du laser asservi presente un niveau extremement faible sur une large bande: la bande passante de l'asservissement est de 2,5 mhz et la densite spectrale de bruit de frequence est inferieure a 0,16 hz#2/hz pour les frequences inferieures a 4 khz. La largeur de raie evaluee a partir de cette densite spectrale est de l'ordre de 0,5 hz