Le triple défi de l’horloge atomique neuchâteloise

Performance, miniaturisation, coût : les trois paramètres du défi que se sont lancé les chercheurs du laboratoire Temps-Fréquence de l’université de Neuchâtel se concrétisent dans la réalisation d’une nouvelle micro-horloge atomique au rubidium.

Selon leurs applications, ces horloges répondent à des contraintes différentes. Utilisées à des fins de positionnement dans des systèmes comme GPS ou Galileo, elles sont embarquées dans les satellites de navigation où elles représentent un volume de quelques litres, et atteignent une précision de l’ordre de la nanoseconde, qui, traduite en mesure de longueur, correspond à une distance de trente centimètres sur le terrain.

Lorsqu’elles servent à la synchronisation des réseaux de télécommunications ou de distribution d’énergie (smart grids), leur précision s’évalue plus modestement en microsecondes, mais leur dimension diminue jusqu’au centimètre cube.

Dans les deux cas, la stabilité de l’horloge se doit d’être la meilleure possible. Elle est assurée, à travers le phénomène de résonance magnétique, par les atomes de rubidium chargés de contrôler et de corriger la fréquence de l’oscillateur quartz. Afin d’accroître cette performance, les chercheurs suisses ont réussi à coupler deux propriétés physiques à l’intérieur de la cellule où ils sont logés : le pompage optique des atomes réalisé par un faisceau laser et la double résonance apportée par une cavité micro-onde.

Ils ont aussi exploité de manière ingénieuse les lois de l’électrodynamique, en utilisant un circuit résonant particulier pour bénéficier d’un champ électromagnétique stationnaire, et ont ainsi créé une structure de résonance plus petite que les quatre centimètres de longueur d’onde normalement imposés par l’émission des micro-ondes.

Dernier critère du défi, le coût modique de la fabrication multicouche de la cavité respecte la réputation de bas prix de l’horloge au rubidium.

L’invention a trouvé son origine dans une collaboration de l’université de Neuchâtel et de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (Pr Anja Skrivervik), à travers un financement du Fonds national suisse de la recherche, et une demande de brevet a été déposée.

"La motivation des chercheurs pour le développement de technologies qui pourront alimenter l’industrie locale et lui permettre de rester compétitive" a affirmé le Directeur adjoint du laboratoire Temps-Fréquence neuchâtelois, Gaetano Mileti.

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