Un laser pour des horloges atomiques miniatures et plus précises

Un nouveau dispositif laser atteint des sommets d’efficacité et laisse entrevoir de nouvelles applications mettant à profit des horloges atomiques miniatures.

Les horloges atomiques permettraient de se guider sans signal GPS… si elles n’étaient pas aussi lourdes et volumineuses. Leur miniaturisation est un dĂ©fi sur lequel les chercheurs s’acharnent depuis plusieurs annĂ©es, et une Ă©quipe internationale vient de franchir une Ă©tape importante. GrĂ¢ce Ă  l’utilisation d’un micro-peigne de frĂ©quences, une technologie laser de pointe très compacte, l’équipe a amĂ©liorĂ© de 80 % l’efficacitĂ© du dispositif de comptage de ces horloges Ă  la prĂ©cision incomparable. Les travaux, dĂ©crits dans un article publiĂ© dans la revue Nature Photonics, ont Ă©tĂ© menĂ©s par des chercheurs issus de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS) et Å“uvrant actuellement Ă  l’UniversitĂ© de Sussex, en collaboration avec le professeur Roberto Morandotti.

Dans une horloge atomique optique, la rĂ©fĂ©rence (Ă©quivalent du pendule) s’appuie sur l’oscillation d’un faisceau lumineux. Il s’agit du nec plus ultra en termes de prĂ©cision de la mesure du temps. L’Ă©lĂ©ment de comptage de l’horloge, un « peigne de frĂ©quence optique », doit dĂ©nombrer plusieurs centaines de milliards d’oscillations du faisceau lumineux par seconde. Les peignes de frĂ©quences optiques sont des lasers Ă©mettant simultanĂ©ment de nombreuses couleurs prĂ©cises, rĂ©gulièrement espacĂ©es en frĂ©quence.

En exploitant de minuscules systèmes appelés micro-résonateurs optiques, les micro-peignes réduisent la dimension des peignes de fréquence. Cette amélioration fait miroiter la promesse de réaliser tout le potentiel des peignes de fréquence sous une forme compacte. Cependant, leur précision et leur stabilité ne répondent généralement pas aux exigences des horloges atomiques.

La dĂ©couverte de l’équipe internationale met en lumière un micro-peigne exceptionnellement efficace et robuste basĂ© sur un type d’onde unique appelĂ© « soliton de cavitĂ© laser ». Le système intĂ©grant le micro-peigne est au moins dix fois plus lĂ©ger et 20 fois plus petit que les systèmes disponibles dans le commerce Ă  l’heure actuelle, en plus dâ€™Ăªtre plus prĂ©cis et de consommer moins d’énergie que ces derniers. Ce dispositif pourra non seulement Ăªtre intĂ©grĂ© Ă  des horloges atomiques, mais permettra Ă©galement d’amĂ©liorer un grand nombre d’applications basĂ©es sur les peignes de frĂ©quences optiques dans des domaines tels que les tĂ©lĂ©communications, l’astronomie, la mĂ©trologie optique et la spectroscopie de haute prĂ©cision.

Les travaux ont Ă©tĂ© menĂ©s au Royaume-Uni par Alessia Pasquazi, le professeur Marco Peccianti, Benjamin Wetzel, tous les trois anciennement chercheurs postdoctoraux Ă  l’INRS et maintenant collaborateurs du professeur Roberto Morandotti, ainsi que Luigi di Lauro qui est prĂ©sentement chercheur postdoctoral dans le groupe du professeur Morandotti.

Auteur : Stéphanie Thibault

Photo : Représentation d’une impulsion du micro-peigne de fréquences optiques se propageant dans une puce optique. Crédit: EPic Lab, University of Sussex

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[ Article repris avec l'aimable autorisation ]
Lien principal : www.inrs.ca/
Autre lien : www.nature.com/articles/s41566-019-0379-5

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