Recherche

Les capteurs radiofréquence (RF) à atomes de Rydberg fonctionnent par synchronisation de la réponse atomique à un laser sonde à l’aide d’autres champs laser. Les atomes, à température ambiante, sont à l’intérieur d’une cellule à vapeur, qui contient habituellement du césium gazeux pour la détection de radiofréquences.

L’approche originale typique de ce type de capteur est illustrée à la figure 1. Une sonde et un laser de couplage forment un système de transparence induite électromagnétiquement qui couple la transition D2 du césium à un état de Rydberg. En présence d’un champ de radiofréquences proche de la résonance avec une transition de l’état de Rydberg, la transmission du laser sonde qui passe à travers la vapeur contenue dans la cellule est modifiée. Les variations de la transmission peuvent donc être utilisées pour déterminer les propriétés du champ RF.

Cette technique comporte certains avantages. Premièrement, le capteur est autoétalonné et traçable. Deuxièmement, le capteur peut être entièrement diélectrique, donc pratiquement transparent aux ondes électromagnétiques. Troisièmement, le même capteur peut couvrir une large bande de fréquences porteuses, allant de l’infra-GHz au THz. Quatrièmement, le capteur peut être fabriqué dans presque toutes les formes et tailles, et enfin, les atomes peuvent être très sensibles. Plusieurs de nos projets portent sur des applications pour les capteurs à atomes Rydberg et sur l’amélioration de leur fonctionnement et de leur fabricabilité.

Les horloges optiques modernes sont les instruments les plus précis que l’humanité ait fabriqués. Les références temporelles extrêmement stables jouent un rôle important dans des applications comme les radars, les communications et la navigation. Les horloges optiques font l’objet d’une attention croissante, car elles ont surpassé les fréquences micro-ondes utilisées comme références dans les mesures importantes de stabilité et d’incertitude systématique. La mise au point de peignes de fréquences stables pour convertir la fréquence optique en une référence de synchronisation radiofréquence a stimulé l’intérêt pour les horloges optiques.

Malheureusement, les horloges optiques de laboratoire, comme l’horloge à réseau optique au strontium, ne sont pas prêtes d’être portables de sitôt. Sur le terrain, de nombreuses applications d’importance, comme les radars, les communications et la navigation, nécessitent des dispositifs qui doivent avoir un volume d’à peu près 30 litres (ou moins) et une instabilité de fréquences fractionnaires ≤ 10-14/√T. Il faut donc des horloges compactes avec une faible instabilité de fréquences. Il est réaliste de penser que les horloges optiques à cellules à vapeur puissent un jour atteindre ces spécifications.

Nous tirons actuellement parti de nos connaissances en spectroscopie haute résolution et en ingénierie des cellules à vapeur pour mettre au point des horloges atomiques optiques portables, principalement en vue d’applications de synchronisation nécessaires à la fusion de données, pour les radars en particulier.