Dans ce memoire on etudie a la fois du point de vue theorique et experimental les caracteristiques du signal d'horloge fourni par un resonateur a jet de cesium lorsque la preparation atomique et la detection sont realises par pompage optique a l'aide de diodes laser. Dans une premiere partie nous determinons grâce aux equations d'evolution des populations les meilleures configurations de pompage et de detection conduisant a une amplitude du signal d'horloge maximale Dans une deuxieme partie ces predictions theoriques sont confrontees avec l'experience. Nous nous interessons tout particulierement au montage utilisant une seule source laser. Sa mise en œuvre est simple Ce montage delivre un signal' d'horloge avec un excellent rapport signal sur bruit du plus haut interet pour un eventuel fonctionnement en horloge atomique. Nous analysons enfin dans une derniere partie les configurations plus sophistiquees utilisant plusieurs sources laser. Ces dernieres doivent conduire en principe a une augmentation notable du rapport signal sur bruit. Nous montrons que ces ameliorations sont conditionnees par une reduction du bruit de frequence des diodes laser utilisees dans l'experience. En conclusion, cette etude montre que l'emploi du pompage optique dans les horloges a jet de cesium permet d'accroitre leurs performances.
Dans ce memoire on etudie a la fois du point de vue theorique et experimental les caracteristiques du signal d'horloge fourni par un resonateur a jet de cesium lorsque la preparation atomique et la detection sont realises par pompage optique a l'aide de diodes laser. Dans une premiere partie nous determinons grâce aux equations d'evolution des populations les meilleures configurations de pompage et de detection conduisant a une amplitude du signal d'horloge maximale Dans une deuxieme partie ces predictions theoriques sont confrontees avec l'experience. Nous nous interessons tout particulierement au montage utilisant une seule source laser. Sa mise en œuvre est simple Ce montage delivre un signal' d'horloge avec un excellent rapport signal sur bruit du plus haut interet pour un eventuel fonctionnement en horloge atomique. Nous analysons enfin dans une derniere partie les configurations plus sophistiquees utilisant plusieurs sources laser. Ces dernieres doivent conduire en principe a une augmentation notable du rapport signal sur bruit. Nous montrons que ces ameliorations sont conditionnees par une reduction du bruit de frequence des diodes laser utilisees dans l'experience. En conclusion, cette etude montre que l'emploi du pompage optique dans les horloges a jet de cesium permet d'accroitre leurs performances.
Ce mémoire présente des résultats théoriques et expérimentaux sur les interactions entre atomes et lumière laser dans les horloges atomiques à pompage optique. On présente tout d'abord l'affinement spectral de lasers à semiconducteurs par la technique de la cavité étendue. Deux types de couplage, faible et fort, sont testés et comparés. La conception de structures performantes est présentée,et une méthode d'auto-alignement est mise en œuvre pour réduire la sensibilité des ces lasers aux perturbations extérieures. Ensuite, les interactions atomes/lumière sont décrites par le formalisme de la matrice densité, en prenant en compte le bruit de fréquence et la modulation du laser. Cette partie développe plus particulièrement l'analyse du pompage optique. On montre que le flux atomique présente, à pompage incomplet, des fluctuations sur-poissonniennes dues au bruit de fréquence du laser. Enfin, en dernière partie, une évaluation expérimentale de l'influence des paramètres des lasers sur les signaux d'horloge est menée. Les rôles des lasers de pompage et de détection sont étudiés séparément, et l'extra-bruit de détection des atomes non-pompés est mesuré pour des lasers de pompage de largeurs de raie différentes. L'influence de l'efficacité du pompage sur le rapport signal-à-bruit du signal d'horloge est déterminée expérimentalement pour une horloge à jet thermique de césium, dans une configuration de frange brillante.
Ce memoire presente des resultats theoriques et experimentaux sur les interactions entre atomes et lumiere laser dans les horloges atomiques a pompage optique. On presente tout d'abord l'affinement spectral de lasers a semiconducteurs par la technique de la cavite etendue. Deux types de couplage, faible et fort, sont testes et compares. La conception de structures performantes est presentee, en mettant en evidence les elements critiques de ces lasers, et une methode d'auto-alignement est mise en uvre pour reduire la sensibilite des ces lasers aux perturbations exterieures. Ensuite, les interactions atomes/lumiere sont decrites par le formalisme de la matrice densite, en prenant en compte le bruit de frequence et la modulation du laser. Cette partie developpe plus particulierement l'analyse du pompage optique. L'efficacite du pompage d'un jet atomique est evaluee selon les parametres caracteristiques de l'interaction. On montre que le flux atomique presente, a pompage incomplet, des fluctuations sur-poissonniennes dues au bruit de frequence du laser. Enfin, en derniere partie, une evaluation experimentale de l'influence des parametres des lasers sur les signaux d'horloge est menee. Les roles des lasers de pompage et de detection sont etudies separement. L'extra-bruit de detection des atomes non-pompes est mesure dans diverses configurations. Des lasers de largeurs de raie differentes sont compares en zone de pompage. L'influence de l'efficacite du pompage sur le rapport signal-a-bruit du signal d'horloge est determinee experimentalement dans une configuration de frange brillante.
Cette these presente l'application de deux techniques de refroidissement d'atomes neutres par laser, a la spectroscopie a haute resolution de la transition de l'horloge a cesium. Dans une premiere experience, on utilise un jet atomique ralenti et refroidi a l'aide de diode-lasers balayees en frequence. Un modele theorique permet de caracteriser les proprietes de ce jet. Les atomes du jet ralenti traversent une cavite micro-ondes de un centimetre de longueur, on observe sur la transition d'horloge, une resonance de ramsey de trois kilohertz de large. Dans la seconde experience, nous avons dans une premiere etape etudier la temperature d'equilibre des atomes d'une melasse optique a trois dimensions, en fonction de l'intensite et du desaccord a resonance du laser. Cette etude a permis de tester les nouvelles theories de refroidissement sub-doppler et de determiner precisement la temperature limite realisable avec ces mecanismes. Nous avons ensuite realise une fontaine atomique en decalant de facon symetrique les frequences des faisceaux verticaux de la melasse. Les atomes de la fontaine font un double passage dans une cavite micro-onde (aller et retour), on observe une resonance de ramsey de deux hertz de large. Le dernier chapitre est consacre a l'evaluation des erreurs systematiques et a la discussion des perspectives offertes par les techniques proposees
Une horloge à réseau optique combine les avantages de piégeage des horloges à ions et les horloges à atomes neutres. En effet cette configuration idéale permet de réaliser un régime de confinement fort comme le régime Lamb-Dicke tout en travaillant avec un grand nombre d'atomes. Contrairement aux horloges à ions une horloge à réseau optique nécessite des puissances de lasers importantes pour placer les atomes dans le régime Lamb-Dicke, ce qui induit généralement un décalage différentiel des niveaux d'horloge. Cependant le concept de la longueur d'onde magique a permis de supprimer, à premier ordre, les perturbations induites par le piège. Ce mémoire présente les dernières avancées de l'horloge à réseau optique à atomes de mercure du LNE-SYRTE. dans ce mémoire on passe en revue les performances actuelles des différentes horloges optiques actuellement développées, l'accent est mis sur le concept d'horloge à réseau optique et sur les particularités de l'atome de mercure qui rendent de lui un excellent candidats pour la réalisation d'une horloge à réseau optique. La deuxième partie est consacrée à la caractérisation du piège magnéto-optique via un système de détection assez sensible, ce qui nous a permis d'évaluer la température des différents isotopes présents dans PMO ainsi que la mise en évidence d'un refroidissement sub-Doppler des isotopes fermioniques. Suit la réalisation du piégeage des atomes de mercure est une tache redoutable vu la gamme de longueurs d'ondes magiques prédites par la théorie (362±5 nm). La troisième partie présente les aspects expérimentaux de la réalisation et la mise en place de la source laser nécessaire au piégeage des atomes de mercure fonctionnant à la longueur d'onde magique prédite par la théorie. Suit d'une description de la cavité de surtension mise en place pour la réalisation du réseau optique. Tout ce travail a permis de réaliser la première spectroscopie de la transition 1S0 →3 P0 dans le régime Lamb-Dicke pour l'isotope 199Hg. Avec l'utilisation du système laser ultra-stable lié à la référence primaire du LNE-SYRTE, nous avons déterminé la fréquence centrale de la transition pour une large gamme de longueur d'onde et profondeurs du piège et l'analyse de ces mesures nous a permis de réaliser la première détermination expérimentale de la longueur d'onde magique, démontrons ainsi la faisabilité d'une horloge optique à atomes de mercure de haute exactitude.
Ce mémoire porte sur l’étude de la stabilité de fréquence d’une horloge atomique à piégeage cohérent de population. Le cadre de cette étude est d’une part d’approfondir la connaissance du piégeage cohérent de population en cellule de vapeur et d’autre part de construire un prototype d’horloge démontrant une stabilité de fréquence à l’état de l’art des meilleures horloges compactes de laboratoire. Grâce à une interrogation impulsionnelle et un schéma d’excitation en polarisations linéaires et orthogonales, cette horloge présenterait une stabilité de fréquence relative nettement inférieure à 10^-13 à 1 s si elle était limitée par un bruit fondamental tel que le bruit de photon. Après une présentation du montage expérimental, la première partie de ce mémoire est consacrée à l’étude des différentes sources de bruit limitant la stabilité de fréquence court-terme. Le soin particulier donné à la modélisation, à la caractérisation expérimentale et à la réduction des transferts de bruit de fréquence de l’oscillateur local (effet Dick) et du bruit d’intensité du laser en bruit de fréquence de l’horloge, a permis de mesurer une stabilité de fréquence au niveau de 3.2x10^-13 à 1 s. Dans un deuxième temps une étude théorique et expérimentale du déplacement de fréquence micro-onde en fonction de la puissance laser est présentée. Au-delà de la mise en évidence du caractère clé de la déformation de la raie dans l’explication de ce déplacement, elle a posé les bases de la dernière partie de ce mémoire qui propose une méthode d’insensibilisation du déplacement de fréquence aux fluctuations de puissance.
Cette these s'inscrit dans le cadre d'une etude experimentale et theorique de la compression transverse a deux dimensions d'un jet atomique de cesium ralenti et refroidi. La principale caracteristique de ce piege est son caractere transitoire compare au piege a trois dimensions. Nous avons ete capable d'obtenir une compression du jet d'un diametre de 5 mm jusqu'a un diametre de 200 m. Le gain en densite obtenu atteint un facteur 300 et le temps de compression atteint est de l'ordre de 240 m. Deux methodes experimentales ont ete utilisees pour obtenir cette efficacite de compression. La premiere est basee sur le pompage optique de la population atomique par l'intermediaire d'un laser. La deuxieme methode est basee sur la pre-orientation des moments magnetiques atomiques avec suivi adiabatique des lignes de champ magnetique. Nous avons aussi discute le fonctionnement de ce piege en termes de trajectoires d'atomes a l'aide d'un modele monte-carlo. Une comparaison entre les resultats experimentaux et les resultats obtenus par cette simulation montre une concordance satisfaisante. La compression d'un jet d'atomes ralentis et comprimes representent un outil tres puissant dans les experiences de metrologie et de haute resolution ainsi que dans les experiences concernant la recherche fondamentale telles que les collisions entre atomes froids et l'interferometrie atomique