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FP7

clockLight Résultat en bref

Project ID: 304084
Financé au titre de: FP7-PEOPLE
Pays: Finlande

Redéfinir la seconde

Avec un soutien financier de l'UE, des spécialistes des horloges optiques ont notablement progressé vers une horloge transportable à haute précision, capable de redéfinir la seconde avec le degré d'incertitude le plus faible possible.
Redéfinir la seconde
Lorsque le système international d'unités (SI) a été formalisé, la durée de la seconde a été définie à partir du temps des éphémérides, une mesure astronomique. Plus tard, cette durée a été remplacée par une définition plus exacte et précise, obtenue à partie de la mesure de la fréquence de transition de l'état de base du césium.

Ensuite, une nouvelle génération d'horloges atomiques a été mise au point, basée sur des transitions optiques. Leur fréquence imperturbable a permis une mesure encore plus exacte de la seconde SI. Pour valider et intégrer ces horloges optiques par rapport au système international, il faut les comparer entre elles sur un même site, car c'est le seul moyen d'obtenir une exactitude suffisante. On dispose bien de liaisons en fréquence par fibre optique, avec une très faible incertitude, mais peu sont disponibles pour comparer des horloges. En outre, l'incertitude sur la forme du géoïde limite l'exactitude de toutes les comparaisons faites à distance, à cause du décalage vers le rouge (ou décalage d'Einstein) induit par la gravitation.

Des chercheurs ont lancé le projet CLOCKLIGHT (Light for clocks), financé par l'UE, pour réaliser les composants d'une horloge transportable en vue de faire ces comparaisons sur le même site. Durant les trois ans du projet, ils ont tenu compte des exigences très strictes en matière de compacité et de solidité de toutes les pièces de l'horloge, tout spécialement des sources de lumière.

La plupart des ions utilisés dans les horloges optiques ont une structure de métal alcalin. L'équipe de CLOCKLIGHT a étudié l'usage d'ions de strontium, notamment 88Sr+.

Toutes les horloges optiques exigent un ensemble laser relativement complexe pour charger le piège optique et effectuer la séquence de mesure, qui commence par le refroidissement de l'ion, se poursuit par l'excitation de la transition de l'horloge, et se termine par la détection de l'état de l'ion. Un ion 88Sr+ est donc refroidi puis détecté par des lasers déclenchant la transition à quatre pôles 2S1/2 vers 2P1/2 et 2S1/2 vers 2D5/2.

Le chargement du piège se fait par photo-ionisation en deux étapes, à l'aide d'une association de lasers à large bande et à bande étroite, mettant l'ion dans un état auto-ionisé. Pour refroidir l'ion, les chercheurs ont construit un laser bleu stabilisé par peigne de fréquences. Pour maintenir l'ion dans le cycle de refroidissement Doppler, ils ont proposé un laser de repompage mais ce dernier peut conduire à des états sombres qui doivent être déstabilisés par un champ magnétique externe ou en modulant la polarisation du laser de repompage. Les chercheurs ont donc utilisé un laser non polarisé à émission spontanée amplifiée incohérente, qui évite l'accumulation d'états sombres même sans champ magnétique.

Les chercheurs ont assemblé en laboratoire la source lumineuse proposée, constituée d'une diode laser de pompage et d'autres composants standard en fibre optique. Cette source se passe de stabilisation en fréquence et de modulation externe de la polarisation, assurant un fonctionnement simple et fiable. Elle émet une lumière non polarisée, avec une cohérence spatiale similaire à celle d'un laser. Une telle source peut donc être focalisée en un point, ce qui est requis pour piéger l'ion. Enfin, toutes ces caractéristiques uniques font que cette source convient pour réaliser une horloge optique à ion transportable.

Cependant, la mesure de la transition dans une horloge atomique nécessite un laser d'interrogation. Comme cette transition est très étroite, les chercheurs ont mis au point un système complexe de stabilisation des diodes laser à plusieurs étages qui promet une pureté suffisance du spectre.

Les performances de tous les nouveaux composants de l'horloge atomique transportable à ion unique seront évaluées lorsque le Centre for Metrology and Accreditation (MIKES) sera opérationnel.

Informations connexes

Mots-clés

Seconde, horloge transportable, horloges atomiques, CLOCKLIGHT, ions de strontium, émission spontanée amplifiée
Numéro d'enregistrement: 182767 / Dernière mise à jour le: 2016-05-23
Domaine: Technologies industrielles