Soutenance de thèse de Mathieu COLLOMBON
Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : OPTIQUE, PHOTONIQUE ET TRAITEMENT D'IMAGE
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Laser stabilisé en fréquence,Peigne de fréquence,Asservissement de phase,Spectroscopie atomique haute résolution,piégeage cohérent de population,Ions piégés
Keywords
Frequency stabilized laser,High resolution atomic spectroscopie,Phase lock,Coherent population trapping,
Titre de thèse
Résonance noire à trois photons sur un nuage d'ions Calcium confinés.
Three-photon dark resonance in a cloud of confined Calcium ions
Date
Vendredi 8 février 2019
à 11:00
Adresse
52 Avenue Escadrille Normandie Niemen, 13013 Marseille
Salle des thèses
Jury
CoDirecteur de these | Mme Martina KNOOP | Aix-Marseille Université - CNRS - Laboratoire PIIM |
Rapporteur | M. Noël DIMARCQ | Observatoire de la cote d'azur |
Rapporteur | M. Thomas ZANON-WILLETTE | Université Pierre et Marie Curie - Laboratoire LERMA |
CoDirecteur de these | M. Gaëtan HAGEL | Aix-Marseille université - Laboratoire PIIM |
Examinateur | Mme Saïda GUELLATI-KHéLIFA | Université Pierre et Marie Curie - Laboratoire LKB |
Examinateur | Mme Anne AMY-KLEIN | Université Paris 13, Laboratoire de Physique des Lasers |
Résumé de la thèse
Les travaux présentés dans cette thèse décrivent lensemble de la démarche expérimentale qui a
été mise en place afin dobserver un piégeage cohérent de population à trois photons sur un nu-
age dions Calcium confinés en piège radio-fréquence. La réalisation dun tel processus cohérent
repose sur des contraintes expérimentales fortes concernant la relation de phase entre les trois
lasers impliqués dans le processus dinterrogation ainsi que sur leurs finesses spectrales. Notre
approche est basée sur loptimisation des performances dun laser stabilisé à 411 THz (729 nm)
pour atteindre une stabilité de fréquence relative inférieure à 10 −14 à 1 s. Ces performances ont
ensuite été transférées vers un peigne de fréquence optique. Le comportement de cet instrument
ainsi que les performances du transfert sont présentés dans ces travaux. Le peigne est alors utilisé
comme oscillateur de transfert pour asservir les deux autres lasers impliqués dans linterrogation
des ions (866 nm et 794 nm). Grâce à ce travail sur la mise en relation des trois sources laser, ainsi
que loptimisation de leur qualités spectrales nous avons pu observer les premières résonances
noires à trois photons dans le spectre de fluorescence des ions 40 Ca + . Ces résultats originaux
ainsi que les premières études systématiques du comportement de la résonance en fonction de dif-
férents paramètres expérimentaux sont présentés. Lanalyse de ces résultats a permis de définir
clairement les conditions expérimentales à respecter pour une potentielle utilisation métrologique
de cette résonance qui émane dune superposition cohérente détat stable ou métastable.
Thesis resume
The work presented in this thesis describes the complete experimental set-up and approach to
realize three-photon coherent population trapping in a cloud of radiofrequency confined Calcium
ions. The realization of such a population trapping relies on a stringent conditions of the phase
relationship between the three lasers involved in the interrogation process, and also their spec-
tral linewidths. Our experimental approach is based on the optimization of the performance of
a frequency-stabilized titanium-sapphire laser at 411 THz (729nm) at the 10 −14 level, in term of
relative frequency uncertainties. This lasers frequency stability is subsequently transfered to a
optical frequency comb by means of a phase-locked loop. Then the two other lasers involved (866
nm and 794 nm) are phase-locked to the optical frequency comb with the same technique. This
work describes the transfer method along with its measured performances. With all the three
lasers sharing the same ultra-stable frequency reference we have been able to experimentally
observe for the first time a 3-photon dark resonance in the fluorescence spectra of the 40 Ca + ,
signature of a coherent population trapping in a 3-photon scheme. The dependence of this res-
onance at experimental parameters, such as laser powers, laser detunings and local magnetic
field, have been studied and are presented in this work. The preliminary results have allowed to
explain the behaviour of the dark resonance and explored conditions for the use of the 3-photon
dark line as a THz frequency standard