Fontaine atomique double de césium et de rubidium avec une ...

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Chapitre 1. Principe de fonctionnement
d’une fontaine atomique
spectrale est de l’ordre de 1/τ. On a alors tout intérêt à allonger cette durée
d’interaction pour améliorer la finesse de la résonance et donc la sensibilité
en fréquence de la probabilité de transition. Mais ceci était particulièrement
difficile à optimiser sur les premières horloges atomiques développées qui
étaient de simples jets thermiques d’atomes de césium traversant une cavité
d’interrogation micro-onde. En 1950, Norman F. Ramsey proposa une
méthode d’interrogation des atomes permettant d’améliorer notablement la
sensibilité en fréquence [9] et qui sera exploitée dans les horloges atomiques
jusqu’à nos jours.
tel-00319950, version 1 - 9 Sep 2008
Fig. 1.2 – Principe de l’interrogation de Ramsey. Cette méthode crée des franges d’interférences
atomiques. La largeur ∆ν de la frange centrale vaut ∼ 1/2T , où T est le temps
séparant les deux interactions du champ excitateur avec les atomes.
L’interrogation de Ramsey consiste à diviser l’interaction du champ électromagnétique
interrogateur avec les atomes en deux parties séparées d’un temps
de libre évolution de l’état interne des atomes. Son schéma de principe est
représenté en Fig. 1.2. Le jet thermique d’atomes issu d’un four puis préparé
dans un état atomique défini (après avoir traversé un dispositif de sélection
–non représenté ici–) atteint une première cavité où les atomes interagissent
une première fois pendant une durée τ avec le champ micro-onde d’interrogation
à la fréquence ν. Les atomes y subissent une impulsion Rabi (2k + 1)π/2
qui les place dans une superposition cohérente des états fondamental et excité
de la transition. L’état interne des atomes évolue ensuite librement pendant
un temps T jusqu’à ce qu’ils atteignent une seconde cavité, identique à la
première. Là ils interagissent une seconde fois (toujours pendant une durée
τ) avec le champ micro-onde d’interrogation à la fréquence ν et subissent encore
une impulsion Rabi (2k + 1)π/2 destinée à projeter leur état interne sur
les deux niveaux de la transition. Enfin les atomes parviennent au système