Brevet FR2338525A1 — publié le 19770812

la présente invention concerne un procédé pour la détection des transiStions hyperfines d'ions en vue de la commande d'un oscil latex e fréquence. n iflvention concerne également l'application du procédé précité à la réalisation d'un oscillateur de fréquence très stable destiné en particulier, à une horloge atomique. On sait que l'une des horloges atomiques connues utilise la fréquence de transition entre deux niveaux de la structure hyperfine d'atomes de rubidium de masse atomique 87. Le principe de cette horloge atomique consiste à asservir la fréquence d'un oscillateur à quartz (multipliée par un facteur convenable) à la fréquence précitée. Les premiers niveaux d'énergie de l'atome 87Rb comprennent d'une part, le niveau fondamental 52sX qui est séparé en deux sousniveaux hyperfins F=1 et F=2 et d'autre part, deux états excités 52P3/2 et A la température ordinaire, les atomes sont pratiquement tous répartis en égale quantité dans les deux sous-niveaux F=1 et F=2 de l'état fondamental. Supposons que l'on envoie dans une cellule contenant de la vapeur de 87Rb deux rayonnements lumineux de fréquence correspondant aux transitions Ces rayonnements d'excitation sont absorbés par la vapeur de rubidium et les atomes sont portés aux niveaux excités 52 p3,2 et 52p,/, puis redescendent avec une égale probabilité, dans les deux sous-niveaux F=i et F=2 de l'étant fondamental. On crée ainsi une différence de population entre ces deux sous-niveaux. l'état F=1 étant alors peu peuplé, l'absorption du rayonnement par la vapeur de rubidium est relativement faible. Si on provoque des transitions entre ces deux sous-niveaux F=1 et F=2 en envoyant sur les atomes une onde électromagnétique hyperfréquence correspondant à la différence d'énergie entre ces deux sous-niveaux, l'absorption du rayonnement d'excitation est plus importante,-puisque l'on repeuple le niveau F=1 et le signal de résonance apparat comme une petite variation de l'intensité de la lu mièvre de pompage transmise par la cellule contenant du Rb 87. On peut donc asservir la fréquence de l'onde Blectromagné- tique envoyée sur la vapeur de 87Rb à la fréquence de transition entre les sous-niveaux F=1 et F=2 de 1' étant fondamental. Dans cette méthode, le pompage optique, c'est-g-dire l'exci- tation, est effectué au moyen d'une lampe à décharge contenant des atomes 87Rb, le rayonnement émis étant convenablement filtré pour obtenir finalement que les raies correspondant aux transitions entre le niveau fondamental (sous-niveau r=i) et les deux premiers niveaux d'excitation. les inconvénients de l'horloge à vapeur de rubidium sont les suivants La chambre contenant la vapeur de 87Rb contient aussi du gaz tampon (par exemple, de l'argon, du néon ou de l'hydrogne) sous une pression de quelques Torr en vue de rdduire le dEplacement des atomes et par suite, de diminuer la largeur Doppler de la raie d'absorption. la présence du gaz tampon tend à "désorienter" la vapeur de Rb (o'est-8-dire que la différence de population obtenue entre les sous-niveaux F=1 et F=2 diminue), mais aussi, et surtout, elle modifie la fréquence de transition d'une valeur variable en fonction de la pression et de la température du gaz.Un autre facteur de "désorientation" est constitué par la présence des parois materielles de la chambre contenant la vapeur de 87Rb. L'utilisation d'ions stockés dans une chambre par des champs électriques appropriés au lieu d'une vapeur atomique permettrait en théorie de limiter les déplacements de fréquence parasites qui affectent les performances de l'horloge à rubidium. Par contre, en raison de la faible densité des ions stockés, on doit s'attendre à observer le signal de résonance avec un faible rapport signal/bruit si l'on transpose aux ions stockés la technique de détection optique utilisée dans l'horloge à rubidium, car la modification de l'absorption de la lumière de pompage sera très faible à la résonance, et le signal de résonance sera noyé dans le bruit de grenaille de la lumière de pompage, ce bruit étant d'autant plus important que 11 intensité lumineuse détectée est grande. le but de l'invention est par conséquent de limiter les déplacements de fréquence en utilisant des ions stockés et en détectant la résonance hyperfine sur un rayonnement de longueur d'onde différente de celle qui est utilisée pour le pompage optique L'intensité détectée est alors faible en dehors de la résonance et son bruit de grenaille est faible, en conséquence. Dans le procédé prévu par l'invention pour la détection des transitions hyperfines d'ions en vue de la commande d'un oscillateur, on excite des ions présentant un niveau fondamental à deux sousniveaux hyperfins, au moyen d'un rayonnement dont la fréquence correspond à la fréquence de transition entre l'un de ces sous-niveaux et un premier niveau d'excitation de l'ion, on soumet les ions à une onde électromagnétique hyperfréquence correspondant à la fréquence de transition entre les deux sou-niveaut hyperfins et on détecte le rayonnement émis par les atomes à partir du premier niveau d'excitation précité pour contrôler la fréquence de l'onde électromagné- tique hyperfréquence. Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que l'ion utilisé présente au moins un niveau métastable compris entre son niveau fondamental et son niveau d'excitation, et en ce qu'on détecte le rayonnement de fluorescence correspondant à la transition comprise entre le niveau d'excitation et le niveau métastable pré- cités pour contrôler la fréquence de l'onde hyperfréquence. Le rayonnement de fluorescence correspondant à la transition comprise entre le niveau d'excitation et le niveau métastable pré- sente une intensité très faible en dehors de la résonance, c'est-à- dire lorsque les deux sous-niveaux hyperfins du niveau fondamental des ions ne sont pas excités par l'onde électromagnétique. La détection de la résonance s1 effectue par conséquent par rapport à un fond de faible intensité et on obtient ainsi un rapport signal/bruit beaucoup plus important que dans le procédé qui consisterait à observer la résonance par l'intermédiaire d'une variation de l'intensité de la lumière à la longueur d'onde de la lumière de pompage. le procédé est appliqué de préférence, aux ions 137Ba+. Selon une version avantageuse du procédé conforme à l'inven- tion, la fréquence du rayonnement d'excitation utilisé correspond à la transition comprise entre le sous-niveau supérieur du niveau fondamental et le deuxième niveau d'excitation, et le rayonnement de fluorescence détecté correspond à la transition entre le niveau d'excitation précédent et le niveau métastable. Dans le cas d'ions 137Ba+ le rayonnement d'excitation utilisé a une longueur d'onde qui est de préférence égale à 0,4554 mi crDiAre,ce rayonnement étant obtenu de préférence par excitation d'ions de l'isotope 138Ba. De préférence également, dans le cas où on utilise des ions 137Ba+, le rayonnement de fluorescence détecté a une longueur d'onde égale à 0,6142 micromètres. Ce rayonnement de fluorescence détecté correspond à la tran sition L'intensité de ce rayonnement est faible en dehors de la résonance, de sorte qu'on obtient à la résonance un signal dont l'amplitude est aisément détectable, ce qui est avantageux en vue du contrôle de la fréquence de l'onde électromagnétique utilisée. L'invention vise également l'application du procédé précité à la réalisation d'un oscillateur de fréquence très stable destiné notamment à une horloge atomique. Suivant l'invention, l'appareillage utilisé comprend une chambre de stockage d'ions, enfermée dans une enceinte sous vide et comportant une cathode émettrice d'électrons, ainsi qu'un four pour la vaporisation de l'élément à ioniser, des moyens pour exciter les ions contenus dans la chambre avec un rayonnement lumineux de longueur d'onde prédéterminée, des moyens pour détecter le rayonnement lumineux émis par les ions excités, des moyens comprenant un oscillateur de référence pour produire dans la chambre une onde électromagnétique dont la fréquence correspond à la fréquence de transition entre les deux sous-niveaux hyperfins du niveau fondamental des ions et des moyens pour contrôler la fréquence de cette onde électromagnétique à partir du rayonnement détecté émis par les ions excités. Selon une version préférée de l'invention, la chambre est de forme générale cylindrique et comprend deux plateaux isolés élec triquement par rapport à la paroi latérale, des moyens étant prévus pour appliquer entre les plateaux et la paroi latérale, une tension alternative de façon à confiner les ions à l'intérieur de cette chambre. L'application d'une tension alternative entre les plateaux et la paroi latérale permet d'obtenir, à l'intérieur de la chambre, des champs électriques inhomogènes. Ces champs confèrent aux ions des trajectoires stables d'amplitude limitée de nature à éviter leur neutralisation au contact des parois de la chambre. les ions peuvent ainsi être maintenus dans la chambre pendant des durées supérieures à plusieurs dizaines de secondes. D'autres particularités et avantages de l'invention apparat- tront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs - La figure 1 est un schéma reproduisant le niveau fondamental, les niveaux d'excitation et les niveaux métastables de l'ion 137Ba+ - La figure 2 est un autre schéma se rapportant aux transitions de l'ion 157Ba+ utilisées dans une version préférée du procédé conforme à l'invention - La figure 3 est un schéma représentant la structure hyperfine du niveau fondamental de l'ion 137a+ - la figure 4 est une vue schématique générale du dispositif conforme à l'invention - La figure 5 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une partie du dispositif conforme à l'invention - La figure 6 est une vue schématique en coupe transversale d'une partie du dispositif conforme à 11 invention - La figure 7 est une vue en coupe transversale de la chambre de stockage d'ions du dispositif ; - La figure 8 est une vue en coupe longitudinale de la chambre de stockage d'ions du dispositif - La figure 9 est une vue en coupe longitudinale d'une partie des moyens d'excitation des ions contenus dans la chambre représen tée sur les figures 7 et 8. Sur le schéma de la figure 1, on a représenté le niveau fondamental 6S, les deux premiers niveaux d'excitation 6P et 6P et les deux niveaux métastables 5D et 5D de l'ion 3/2 3/2 5/2 137Ba+. La structure hyperfine du niveau fondamental 6 S (sousniveaux F=1, et F=2), est également représentée sur ce schéma. l'écart entre les deux sous-niveaux F=1 et F=2 correspond dans cet exemple à 8 037 mégahertz (MHz). les longueurs d'onde des transitions permises entre le niveau fondamental, les niveaux d'excitation et les niveaux métastables précités et la probabilité des transitions correspondantes sont indiqués dans le tableau ci-après. Transition Longueur d'onde en Probabilité de tran micromètre sition mesurée D1 0,4934 0,35 D2 0,4554 0,74 D3 0,5854 0,025 D4 0,6142 0,14 D5 0,6497 0,105 Conformément à la version préférée de l'invention, utilisant des ions 137Ba+, on excite les ions 137Ba+ de niveau fondamental 62 ions moyen d'un rayonnement dont la fréquence correspond à la fréquence de transition entre l'un des sous-niveaux F=1 ou F=2, et un niveau d'excitation 62 P ou 62 P3/2. En mdme temps, on soumet les ions à une onde électromagné- tique dont la fréquence correspond à la fréquence de la transition comprise entre les deux sous-niveaux hyperfins P=1 et F=2. Cette fréquence est égale à 8 037 mégahertz. On détecte simultanément le rayonnement de fluorescence correspondant à la transition comprise entre l'un des niveaux d'excitation 6 P ou 6 P3/2 et l'un des niveaux métastables 52 D3/2 ou 5 D5/2, et on utilise le signal détecté à la résonance pour contrôler la fréquence de l'onde électromagnétique utilisée pour induire des transitions entre les sous-niveaur hyperfins du niveau fondamental 62 S. Dans une version préférée du procédé conforme à l'invention, on utilise un rayonnement d'excitation dont la longueur d'onde correspond à la transition D2 (0,4554 micromètre) comprise entre le niveau fondamental et le second niveau d'excitation 6 P3/2. On détecte également de préférence le rayonnement de fluorescence D4 (0,6142 micromètre) correspondant à la transition entre le second niveau d'excitation 62 P3/2 et le niveau métastable 52 D5/2- Ces deux transitions D2 et D4 correspondent respectivement aux transitions de résonance et aux transitions de fluorescence qui présentent les intensités les plus fortes (voir tableau précité). les transitions D2 et 24 mises en jeu dans cette version pré- férue du procédé conforme à l'invention sont représentées sur le schéma de la figure 2. Dans certaines conditions, le rayonnement d'excitation de longueur d'onde égale à 0,4554 micromètre (D2) permet d'induire sélectivement la transition t Ce rayonnement d'excitation D2 tend par conséquent à dépeupler le sous-niveau 62 W (F=2) sans affecter notablement la popu lation du soua-niveau 62 9 (P=1). la différence de population ainsi créée est importante si l'intensité du rayonnement d'excitation est suffisante pour compenser le retour, par émission spontanée, des atomes de l'état excité vers les deux sous-niveaux hyperfins de l'état fondamental 6 S. On crée donc une inversion de population entre les sous-niveaux de structure hyperfine F=1 et F=2, par pompage optique d'inten situé comme dans une horloge à rubidium. Lorsqu'on applique aux ions 137Ba+ une onde lectromagné- tique correspondant à la fréquence de transition (8 037 MHz) entre les deux sous-niveaux hyperfins F=1 et F=2 du niveau fondamental, on induit les transitions entre les états F=1 et F=2 et on porte les ions du niveau F=1 (le plus peuplé) au niveau F=2. La population du niveau 62 5% (F=2) augmente donc en présence de l'onde électromagnétique. En conséquence, le rayonnement D2 d'excitation renforce la population du niveau 6 P3/2, et l'intensité du rayonnement de fluorescence D4 augmente de façon sensible.La détection du rayonnement de fluorescence D4 émis lors de la résonance, se fait donc par rapport à un fond d'intensité très faible, puisque l'intensité du rayonnement de fluorescence est très faible en dehors de la résonance. L'obtention, lors de la résonance, d'un rapport signal/bruit relativement important favorise considérablement les conditions de contrôle de l'onde électromagnétique utilisée pour exciter la transition entre les sous-niveaux hyperfins des ions 137ba+. Pour produire le rayonnement d'excitation de de longueur d'onde égale à 0,4554 micromètre permettant d'induire sélectivement la transition 62 on peut utiliser une radiation de faible largeur de raie, produite par une lampe ou un laser, dont la longueur d'onde est centrée sur celle de la transition 62 ou une lumière polarisée circulairement e-tpnodulée en amplitude. Dans une version avantageuse du procédé conforme à l'invention, ce rayonnement d'excitation D2 est obtenu à partir d'ions 138Ba+. te moment nucléaire de l'isotope 138 du baryum étant nul, son niveau fondamental 62 SX ne présente pas de-sous-niveaux hyper fins. De plus, la raie D2 (transition 62 SX 62 P3/2) de cet iso tope de masse 138 possède une longueur d'onde plus proche de la transition 62 5% (F=2) ~3 62 P3/2 de l'isotope 137Ba+ que de la transition 62 " o 5% (F=1) > 62+P3j2 correspondant à l'autre sous-ni veau hyperfin de l'ion 137Ba+. La différence de fréquence entre les > 62 -P 91 - > r2.P/2 PO les transitions 62 SX 3/2 pour les isotopes boa+ et 138Ba+ s'évalue de la façon suivante a) la règle des intervalles (Voir B.CAGNAC et J.C.PEBAY-PEYROULA, Physique Atomique - Dunod Université 1971 p.419), appliquée au niveau fondamental de 137Ba+ permet d'obtenir la position relative des niveaux de structure hyperfine d'une part, et du niveau qui serait obtenu si le moment nucléaire de 137Ba était nul d'autre part.Cette disposition est représentée sur la figure 3 b) l'applieation de la même règle au niveau excité P3/2 montre oue si le niveau 62 P3/2 de 137Ba+ ne possédait pas de structure reper- fine, il serait sensiblement situé au centre de gravité de ses sousniveaux hyperfins. De plus, la structure hyperfine du niveau 62 P3/2 de Ba occupe un intervalle de 500 mégahertz seulement. On peut donc négliger avec une très bonne approximation, l'effet de la structure hyperfine sur la position du centre de gravlté du niveau 62 P3/2 de l'isotope 37Ba+. Bien entendu, d'autres ions que l'isotope 137bu peuvent entre utilisés pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. En effet, le procédé conforme à l'invention peut entre appliqué à tous les ions présentant un niveau métastable compris entre un niveau fondamental possédant une structure hyperfine et un niveau excité. Tel est le cas par exemple, de l'isotope 135Ba+ et de l1iso- tope 199Hg+ Dans le cas d'ions 199Hg+, la fréquence de la transition de structure hyperfine est égale à 40 507 348 kilohertz : Il existe pour cet isotope un niveau métastable 62 D5/2 permettant l'utilisation d'un procédé identique à celui décrit dans le cas de l'isotope 137Ba+. Dans cet exemple, on peut utiliser comme rayonnement de pompage optique un rayonnement de longueur d'onde égale à 0,1650 micromètre et on peut détecter le rayonnement de fluorescence de longueur d'onde égale à 0,3984 micromètre D'autres particularités du procédé conforme à l'invention apparaîtront encore dans la description du fonctionnement du dispositif ci-après :: Au schéma de la figure 4, I'oscillateur de fréquence très stable conforme à 1J invention comprend principalement une chambre de stockage d'ions 1, des moyens 2 pour exciter les ions contenus dans cette chambre, des moyens 3 pour détecter le rayonnement émis par les ions excités, des moyens 4, 5, 6 et 7 pour produire dans la chambre une onde électromagnétique hyperfréquence et des moyens 8, 9, 10 et 11 pour contrôler la fréquence de cette onde électromagnétique. les références 4, 5, 6 et 7 désignent respectivement un oscillateur de référence à quartz 4 oscillant par exemple à 5 MHz, un modulateur de fréquence 5, un synthétiseur de fréquence 6 et une boucle 7 située à l'intérieur de la chambre 1. Les références 8, 9, 10 et 11 désignent respectivement un amplificateur basse fréquence 8, en série avec un détecteur synchrone 9 et un filtre 10 et un générateur basse fréquence 11 relié électriquement au détecteur synchrone 9 et au modulateur de fréquence 5. Conformément à l'invention, la chambre de stockage d'ions 1 affecte un volume intérieur sensiblement cylindrique (voir figures 4 à 8). Cette chambre 1 comprend un plateau supérieur 12 et un plateau inférieur 13 isolés électriquement de la paroi latérale 14 par des joints 15,par exemple en verre (voir figure 8). Les plateaux 12 et 13 sont reliés entre eux par un conducteur 16. La paroi latérale 14 est reliée électriquement à la source de tension alternative 17 et le plateau 13 est relié à la masse. On crée ainsi à l'intérieur de la chambre 1, des champs électriques inhomogènes capables de confiner les ions présents dans la chambre 1 pendant une durée égale à quelques dizaines de secondes. la tension alternative utilisée peut avoir une amplitude par exemple égale à 200 volts, la fréquence étant égale à 200 kilohertz par exemple. les dimensions de la chambre cylindrique 1 peuvent être adaptées de façon à ce que la chambre 1 définisse une cavité résonante à la fréquence de l'onde électromagnétique produite par le synthétiseur de fréquence 6 au niveau de la boucle 7. Dans le cas de l'isotope 157boa+, on utilise pour obtenir la résonance hyperfine du niveau fondamental, une onde électromagnétique de fréquence égale à 8 037 MHz. le calcul montre que dans ce cas, la hauteur et le diamètre du cylindre de la chambre j doivent être égaux à 49,2mm, si l'on choisit une même valeur pour ces deux paramètres. La chambre 1 comporte d'autre part, (voir figures 4,5 et 8) sur sa paroi latérale 14 et sur son plateau inférieur 13, des fenêtres 18 et 19 disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre, et prévues respectivement pour le passage de la vapeur d'atomes provenant de la source de vaporisation 20 et pour le passage du rayonnement d'excitation provenant de la source 2. Dans l'exemple considéré, utilisant des ions 137Ba+, la source de vaporisation 20 est constituée par un four à baryum fonctionnant à environ 5000C et capable de produire à l'intérieur de la chambre 1 de la vapeur de 137Ba sous une pression partielle d'environ 10 4 torr. Par ailleurs, les moyens pour ioniser les atomes 137Ba en ions 137Ba+ sont constitués par une cathode à oxyde 21 fixée sur la paroi latérale 14 et disposée en regard de la fenêtre 19 prévue pour le passage du rayonnement d'excitation des ions 137 +. Ba Dans l'exemple considéré, cette cathode 21 produit un courant d'électrons égal à 100 micro-ampères environ. Ita chambre de stockage d'ions 1 est comme on le voit à la figure 5 disposée sur un support 22, l'ensemble étant placé à l'intérieur d'une enceinte 23 reliée à une pompe ionique (non repré sentée) et permettant d'obtenir un vide compris entre 10 8 et torr. Dans l'exemple préféré, où le dispositif conforme à l'invention utilise des ions 137Ba+, les moyens de production du rayonnement d'excitation des ions 137Ba+ comprennent de préférence une lampe à ions 138Ba+ désignée par la référence 26 de la figure 5. Une réalisation préférée de cette source 26 sera décrite plus loin en détail en référence à la figure e 9. Comme on le voit à la figure 5, le rayonnement émis par les ions 138Ba+ de la source 26, sont envoyés dans la chambre de stockage d'ions 1 à travers une fenêtre 27 en verre ménagée sur la paroi latérale de l'enceinte 23, la fenêtre 27 étant disposée en regard de la fenêtre 19 de la chambre 1. Dans cet exemple, un miroir 28 est interposé entre la source 26 et la fenêtre 27. Le rayonnement issu de la source 26 est filtré au moyen de filtres 29 appropriés et destins à sélectionner le rayonnement de longueur d'onde égale à 0,4554 micromètre émis par les ions 138Ba+. La lentille convexe 30 disposée entre la source 26 et les filtres 29 permet d'obtenir un faisceau parallèle et la lentille convexe 31 placée en regard de la fenêtre 27 permet de focaliser le faisceau précité au centre de la chambre 1. A la figure 6, on voit que le rayonnement émis par les ions contenus dans la chambre 1 est détecté par un photomultiplicateur 3 disposé en regard de la fenêtre 32 de l'enceinte 23, cette fenêtre 32 étant elle-meme alignée avec la fenêtre latérale 33 de la chambre 1 qui est prévue pour le passage du rayonnement à détecter. Une série de filtres 34 interposés entre le photomultiplicateur 3 et la fenêtre 32 sont prévus pour sélectionner le rayonnement de longueur d'onde égale à 0,6142 micromètre émis par les ions excités 137Ba+.Le miroir à surface concave 35 disposé sur la paroi latérale 14 de la chambre 1 et en regard de la fenêtre 33 prévue pour le passage du rayonnement à détecter (voir également la figure 7) permet de doubler le rayonnement reçu par le détecteur 3. La lentille convexe 36 disposée entre la fenêtre 32 et les filtres 34 permet de rendre le faisceau parallèle avant passage à travers les filtres 34. D'autre part, la lentille convexe 36a placée entre les filtres 34 et le photomultiplicateur 3 permet de concentrer le faisceau précité sur la zone sensible du photomultiplicateur 3. A la réalisation de la figure 9, la source d'ionisation 26 utilisant l'isotope 138Ba comprend une enceinte 37 de forme générale cylindrique dans laquelle sont placées une cathode 38 et une anode reliées électriquement à une source de tension (non représentée) et assurant la production d'un arc entre la cathode 38 et l'anode 39. La cathode 38 comporte un logement central 40 destiné à recevoir l'isotope 138boa et l'anode 39 présente une ouverture centrale 41 en regard du logement 40. Cette ouverture centrale 41 de l'anode 39 débouche dans un espace conique 42 fermé par une fenêtre 43 transparente au rayonnement visible émis par les ions 138Ba formés lors de l'établissement de l'arc électrique entre l'anode 39 et la cathode 38. La distance entre la cathode 38 et l'anode 39 est réglable en déplaçant le manchon 44 portant la cathode 38. Ce déplacement est possible gracie au soufflet d'étanchéité 45 inséré entre la paroi 46 de 11 enceinte 37 et un épaulement ménagé sur le manchon 44. Pour éviter toute projection de particules de 138Ba contre la fen8- tre 43 et le ternissement de celle-ci, on fait circuler dans l'espace 42 un gaz inerte tel que l'argon. Cette circulation de gaz inerte est réalisée entre une tubulure d'entrée 47 débouchant dans l'espace 42 et une tubulure 48 communiquant avec l'enceinte 37. Par ailleurs, le refroidissement de l'anode 39 est assuré par une circulation d'eau réalisée dans une cavité annulaire 49 ménagée au voisinage de l'anode 39. Le refroidissement de la cathode 38 est assuré également par une circulation d'eau réalisée à l'intérieur du manchon 44. 'les caractéristiques de fonctionnement de cette source 26 sont par exemple les suivantes: - débit de gaz inerte : 10 à 100 cm3 par seconde - pression : 1 à 760 torr - courant de la décharge : 5 à 45 Ampères - écartement des électrodes : 1 à 5mm - différence de potentiel aux bornes des électrodes : 7,5 Volts Be rayonnement émis à travers la fenêtre 43 de la source 26 comporte toutes les raies de l'atome 138Ba et de l'ion t38Ba+ dans lespectre visible. L'intensité utile de la lumière du rayonnement de pompage à 0,4554 micromètre est égale à 1013 photons/seconde environ après focalisation et filtrage des composantes spectrales indésirables. On va maintenant expliquer en référence à la figure 4 le fonctionnement de 1'oscillateur conforme à l'invention et, plus précisément, comment est réalisé le contrôle de la fréquence de l'oscillateur de référence à quartz 4 au moyen de la résonance de la structure hyperfine du niveau fondamental des ions 157Ba+. le synthétiseur de fréquence 6 (comprenant, entre autres, des multiplicateurs de fréquence) assure la production d'un signal micro-onde, à une fréquence voisine de 8 037 MHz à partir du signal de fréquence égale à 5 NRz délivré par l'oscillateur à quartz 4. La synthèse de fréquence obtenue par le synthétiseur 6 impose que le rapport de la fréquence moyenne du signal micro-onde à celle de l'oscillateur à quartz 4 possède une valeur déterminée et maintenue constante. La fréquence du signal micro-onde est modulée à l'aide du modulateur de fréquence 5 commandé par le générateur basse-fréquence 11. La modulation de fréquence du signal micro-onde se traduit par l'apparition d'une composante alternative dans le signal recueilli par le photomultiplicateur 3. La fréquence de cette composante est égale à celle de la fréquence de modulation, c'est-à-dire à celle de ltoscillateur du générateur basse fréquence 11. Son amplitude et sa phase dépendent du désaccord entre la fréquence moyenne de l'excitation micro-onde et la fréquence de résonance hyperfine. Après amplification, cette composante est appliquée au détecteur synchrone 9, commandé par le signal du générateur basse fréquence 11. La sortie continue du détecteur synchrone 9 est proportionnelle à ltécart entre la fréquence moyenne délivrée par le synthétiseur 6 et la fréquence de la transition de structure hyperfine du niveau fondamental des ions 137Ba+. Cette sortie est nulle quand l'écart précité est également nul et son signe dépend du sens de l'écart. La tension de sortie issue du détecteur synchrone 9 est filtrée convenablement dans le filtre 10 et est appliquée à l'oscillateur à quartz 4 pour en contrôler la fréquence. Lorsque l'asservissement de l'oscillateur à quartz 4 est réalisé, le rapport entre sa fréquence et celle de la fréquence de la transition de structure hyperfine est maintenu constamment égal à une valeur déterminée. La fréquence très stable de l'oscillateur à quartz 4 peut ainsi servir de référence pour commander un appareil électronique à affichage de données, par exemple correspondant au temps, > et constituant de ce fait une horloge. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation de l'oscillateur conforme à l'invention que l'on vient de décrire. Ainsi, les dimensions de la chambre de stockage d'ions 1, les moyens de production du rayonnement dtexcitation 2, les moyens de détection du rayonnement de fluorescence 3 et les moyens d'asservissement de l'oscillateur 4 à la fréquence de transition de la structure hyperfine du niveau fondamental des ions contenus dans la chambre 1, peuvent cotre adaptés à l'utilisation d'ions autres que les ions 137Ba+. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la détection des transitions hyperfines d'longs en vue de la commande d'un oscillateur, dans lequel on excite des atomes sous forme d'ions présentant un niveau fondamental à deux sous-niveaux hyperfins, au moyen d'un rayonnement électromagnétique dont la fréquence correspond à la fréquence de transition entre l'un de ces sous-niveaux et un niveau d'excitation de l'ion, on soumet les ions à une onde électromagnétique hyperfréquence dont la fréquence correspond à la fréquence de transition entre les deux sous-niveaux hyperfins et on détecte le rayonnement émis par les atomes à partir du niveau d'excitation précité pour contrôler la fréquence de l'onde électromagnétique précitée, caractérisé en ce que l'ion utilisé présente au moins un niveau métastable compris entre son niveau fondamental et-son niveau d'excitation, et en ee qu'on détecte le rayonnement de fluorescence correspondant à la transition comprise entre le niveau d'excitation et le niveau métastable précités pour contrôleur la fréquence de l'onde électromagnétique hyperfréquence. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de rayonnement d'excitation utilisé correspond à la transition comprise entre le sous-niveau supérieur du niveau fondamental et le deuxième niveau d'excitation, et en ce que le rayonnement de fluorescence détecté correspond à la transition entre le niveau d'excitation précédent et le niveau métastable. 3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il utilise des ions 137Ba+. 4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le rayonnement d'excitation utilisé a une longueur d'onde égale à 0,4554 micromètre et est obtenu à partir d'ions 138Ba+ par exemple. 5 Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que le rayonnement de fluorescence détecté a une longueur d'onde égale à 0,6142 micrometre. 6. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il utilise des ions 199Hg+ ou des ions 135Ba+. 7. Application du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, à la réalisation d'un oscillateur de fréquence très stable destiné notamment à une horloge atomique. 8. Oscillateur de fréquence très stable conforme à la revendication 7, comprenant une chambre de stockage d'ions, enfermée dans une enceinte sous vide et comportant une cathode émettrice d'électrons, ainsi qu'un four destiné à vaporiser l'élément à ioniser, des moyens pour exciter les ions-contenus dans la chambre avec un rayonnement de longueur d'onde prédéterminée, des moyens pour détecter le rayonnement émis par les ions excités, des moyens eomprenant un oscillateur de référence pour produire dans la chambre une onde électromagnétique dont la fréquence correspond à la fréquence de transition entre les deux sous-niveaux hyperfins du niveau fondamental des ions, et des moyens pour contrôler la fréquence de cette onde électromagnétique à partir du rayonnement détecté émis par les ions excités, caractérisé en ce que la chambre est de forme générale cylindrique et comprend deux plateaux isolés électriquement par rapport à la paroi latérale et en ce que des moyens sont prévus pour appliquer entre les plateaux et la paroi latérale une tension alternative en vue de confiner les ions à l'intérieur de cette chambre. 9. Oscillateur conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que l'un des plateaux de la chambre comporte une fenêtre communiquant avec l'enceinte sous vide et disposée en regard du four de vaporisation de l'élément à ioniser. 10. Oscillateur conforme à l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la paroi latérale de la chambre comporte un miroir à surface concave agencé pour focaliser le rayonnement à détecter au centre de la chambre, ce miroir étant situé en regard de la fenêtre prévue pour le passage du rayonnement à détecter. 11. Oscillateur conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel la chambre de stockage d'ions est destinée à contenir des ions 157boa+ caractérisé en ce que des filtres sont disposés entre la chambre précitée et une source de rayonnement pour sélectionner un rayonnement de longueur d'onde égale à 0,4554 micromètre , des moyens optiques étant en outre prévus pour focaliser le rayonnement précité dans la chambre. 12. Oscillateur conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens pour détecter le rayonnement émis par les ions excités comprennent une série de filtres agencés pour sélectionner le rayonnement de longueur d'onde égale à 0,6142 micromètre émis par les ions excités 137Ba+, et un photomultiplicateur pour transformer l'intensité du rayonnement détecté en signal électrique.