Métrologie des fréquences

 

La métrologie des fréquences a connu trois révolutions depuis le début des années 1990 :

Les méthodes de refroidissement des atomes par laser a permis d’accroître le temps d’interaction des atomes avec la lumière. Cela a accru d’autant la précision des horloges primaires : les fontaines atomiques atteignent aujourd’hui une précision relative de quelques 10-16. Les performances de celles-ci sont d’ores et déjà dépassées par des horloges optiques reposant sur un ion uniques ou des atomes piégés dans des réseaux optiques qui permettront d'atteindre des précisions de 10-17 ou mieux encore.


 Enceinte ultra-vide dans laquelle les atomes de strontium sont piégés par un réseau optique Horloge en fonctionnement. Les lasers bleus ralentissent les atomes de strontium

 

 

A gauche : enceinte ultra-vide dans laquelle les atomes de strontium sont piégés par un réseau optique (Crédits LNE-SYRTE/ Observatoire de Paris)
A droite : horloge en fonctionnement. Les lasers bleus ralentissent les atomes de strontium (Crédits LNE-SYRTE/ Observatoire de Paris)

 

Le développement de peignes de fréquences reposant sur des lasers femtoseconde ont mis au musée les chaines de fréquences de grande complexité et permettent à présent de comparer avec un seul laser relai deux fréquences quelconque du domaine radiofréquence jusqu’à l’ultraviolet. Theodor W.Hänsch et John L. Hall ont été récompensés pour cette avancée majeure par le prix Nobel de physique en 2005

 

                                                             

Theodor W. Hänsch et John L. Hall sont co-lauréats du prix Nobel de physique de 2005


Le transfert de fréquence par fibre optique est le troisième élément d’un puzzle qui va permettre d’exploiter pleinement les avancées métrologiques de ces dernières années. Sur une liaison fibrée Villetaneuse-Reims aller-retour de 540 km du réseau internet de RENATER, il a été possible d’obtenir un transfert de fréquence obtenue avec une qualité de recopie de quelques 10
-19 en moins d’une journée. Ceci ouvre la voie à la comparaison des horloges les plus performantes au monde qui restent encore loin de ce niveau de précision. En effet, un signal d’exactitude 10-17 pourra être transporté sur des milliers de km avec une dégradation négligeable.

Déviation d’Allan représentant la qualité du transfert de fréquence sur la liaison internet de RENATER Villetaneuse-Reims-Villetaneuse de 540 km. En marge, comparaison avec le transfert par GPS et avec la précision des meilleures horloges au monde. Pendant cette expérience, le trafic de données internet était assuré sans perturbation.