Brevet FR2327671A1 — publié le 19770506

L'invention concerne un étalon de fréquence atomique avec une cellule à gaz contenant un système quantique qui est soumis a un champ alternatif dont la fréquence correspond à une transition de la structure hyperfine du système quantique, ainsi qu' avec une source de rayonnement optique dont le faisceau traverse la cellule à ga et dont le rayonnement possède une longueur d'onde correspondant aux exigences d'un pompage optique du système quantique. Des talons de fréquence atonique de ce type sont connus (voir par exemple "Proceedinge or the IEEE" de Janvier 1963, pages 190 à 202, la demande de brevet allemard d portée à la eonnaissance du public sous le n 2 @32 887, ou "Neues von Rohde & BR Schwarz", édition 30 Avril 1968, pages 28 à 32). Comme sources de rayonnement optique, on a toujours utilisé des lampes à décharge dans un gaz, qui contiennent le même gaz que la cellule de réso- nance, et qui, dans le cas d'étalons de fréquence atomique au rubidium avec cellules de résonsnce au rubidium, sont aussi pourvus de lampes spectrales au rubidium. il est aussi déjà connu d'utiliser de telles lampes en régime d'impulsions (voir "Physical Review", volume 115, N0 4, 15 Août 1959, pages 850 à 856, et Proceedinge 1st Quantum Electronic conference, 146 (1960), pages 146 à 155). Pour augmenter la densité d'énergie spectrale qui est souhaitable pour élever l'effet de résonance, on a déjà entrepris à l'aide de ces lampes les recherches les plus diverses, par exemple par amélioration de la construction des lampes ou par élévation de la température de fonctionnement de la lai-e; toutes ces mesures ont toutefois entraîné d'autres inconvénients graves, par exemple l'inconvénient d'un vieillissement rapide de la lampe et ainsi, à nouveau, des pertes d'intensité. L'invention a en conséquence pour objet de réaliser un étalon de fréquence atomique du type indiqué précédemment, dont la source de rayonnement optique possède, pour une structure d'en semble très simple, une densité d'énergie spectrale sensiblement plus élevée que ce n'est possible a-ec les lampes existantes, et qui possède ainsi également un effet de résonance sensiblement amplifié dans la cellule de résonance. Ce probleie est résolu suivant l'invention, en partant d'un étalon de fréquence atomise du type décrit précédemment, en raison du fait que l'on utilise comme source de rayonnement optique un laser selide de type connu. Grâce à cette mesure, on obtient l'avantage surprenant que dans un étalon de fréquence atomique suivant l'invention, on peut obtenir une densité d'énergie spectrale sensiblement supérieure du faisceau lumineux qui produit le pompage optique, et ainsi également un effet de résonance sensiblement amplifié dans la cellule à gaz, ce qui n'.* jamais pu être obtenu de cette façon même avec des lampes à décharge dans un gaz ayant des dimensions optimales mais de type connu. La source de rayonnement optique dans l'étslon de fréquence atomique suivant l'invention possède ég,ile.::.ent des pertes sensiblement plus faibles que les lampes à décharge connues qui, même en régime d'impulsions, doivent toujours être portées à une température relativement élevée, ce qui signifie une consommation d'énergie appréciable. La durée de vie de la source de rayonnement optique suivant l'invention est aus- si, pour cette raison, sensiblement plus élevée, principalement -,uand le laser est utilisé de façon connue en régie d'impulsions. Avec une source de rayonnement suivant l'invention, on peut, en raison de la grande densité d'énergie spectrale, produire également des impulsions sensiblement plus faibles qu'avec des lampes à décharge, de sorte que le pompage optique peut être réalisé dans un terilps extrêmement faible, ce qui n'est pas non plus possible de cette façon avec les lampes à décharge connues. La différence d'énergie de la transition de la structure hyperfine d'un système quantique pompé optiquement de cette manière est insensible par rapport aux oscillatiols d'intensité de la source de rayonnement optique (voir : Kastler : J. Opt. Soc. of Am., vol. 33, n0 8, Août 1963, pages 902 à 910). Enfin, une source de rayonnement optique suivant l'inventior permet une réalisation extrêmement petite de tels étalons de fréquence atomique, car les lasers solides proposés sont de petits éléments et les dispositifs supplémentaires nécessaires pour des lampes à décharge dans un gaz sont superflus. Comme lasers solides, on peut utilîser toutes les constructions connues, par exemple celles qui sont décrites dans les revues "IEEE Spektrum" de XIai 1973, pages 59 à 64, ou "IEEE Transactions on Microwave Theory and Xechnicv", volune MUT-23 n 1, Janvier 1975, pages 20 à 30. Naturellement, le laser doit être dimensionné en fonction des exigences pour le pompage optique du système quantique, c'est-à-dire que sa longueur d'onde doit être choisie de façon à obtenir le pompage optique désirs de la transition de la structure hyperfine du système quantique utilisé dans chaque cas particulier. Les fabricants de lasers connaissent les critères nécessaires à la fabrication de lasers ayant les longueurs d'onde désirées. Pour un étalon de fréquence atomique à cellules à gaz au rubidium dans lequel la cellule à gaz (cellule de résonance) est remplie de rubidium gazeux ou d'un mélange gazeux contenant du rubidiun, on peut utilise par exemple un laser solitle qui possède dans la région infrarouge une densité d'énergie spectrale prononcée pour une longueur d'onde de 7800 ou 7950 . Pour des étalons de fréquence atomique à cellules a gaz au caesium ou pour cles étalons de fréquence atomique à autres métaux alcalins, on utilise des lasers solides dont le rayonnement optique a d'autres longueurs d'ondes connues. Entre le laser et la cellule de résonance, on peut éventuellerent disposer également de façon connue une cellule filtrante. REVENDICATIONS 1 - Etalon de fréquence atomique avec une cellule à gaz contenant un système quantique qui est soumis à un champ al- ternatif dont la fréquence correspond à une transition de la structure hyperfine du système quantique, ainsi qu'avec une source de rayonnement optique dont le faisceau traverse la cellule à gaz et dont le rayonnement possède une longueur d'onde correspondant aux exigences d'un pompage optique du système quantique, caractérisé en ce qu'on utilise un laser solide comme source de rayonnement optique. 2 - Etalon de fréquence atomique suivant la reve ndica- tion 1, caractérisé en ce que le laser solide fonctionne en rdgi- me d'impulsions. 3 - Etalon de fréquence atomique suivant l'une des re vendications 1 et 2 muni d'une cellule à gaz au rubidium, caractérisé en ce qu'on utilise un laser solide qui possède pour une longueur d'onde de 7800 ou de 7950 une densité d'énergie spectrale prononcée.