LECOMTE, Steve (29a chemin de Carabot, Bernex, Bernex, CH-1233, CH)
| REVENDICATIONS
1. Procédé pour stabiliser le spectre d'une source optique cohérente puisée selon lequel on asservit la fré- quence décalée ωo et le taux de répétition ω r afin d'asservir les fréquences des raies du peigne qui composent son spectre optique, caractérisé en ce qu'on forme à partir de la source optique cohérente puisée un faisceau que l'on dirige sur une cavité optique résonante de référence et on utilise le signal formé par la cavité optique résonante de référence pour asservir la fréquence décalée ωo ou le taux de répétition ω r et on sonde au moyen d'une raie du peigne une transition atomique ou moléculaire pour former un signal d'asservissement du taux de répétition ω r ou de la fréquence décalée ωo.
2. Procédé pour stabiliser le spectre d'une source optique cohérente puisée selon lequel on asservit la fréquence décalée ωo et le taux de répétition ω r afin d'asservir les fréquences des raies du peigne qui composent son spectre optique, caractérisé en ce qu'on forme à partir de la source optique cohérente puisée un faisceau puisé que l'on dirige sur une cavité optique résonante de référence et on utilise le signal formé par la cavité résonante de référence pour asservir la fréquence décalée ωo ou le taux de répétition ω r et on forme à partir d'une source optique cohérente continue un faisceau continu que l'on dirige sur une transition atomique ou moléculaire dont on utilise le signal pour asservir la source optique cohérente continue et on détecte la différence de fréquence entre les faisceaux optiques puisé et continu pour asservir le taux de répétition ω r ou la fréquence décalée ωo.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 selon lequel on sépare spatialement différentes couleurs du spectre du peigne optique.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, selon lequel on divise la fréquence du domaine optique de la source optique cohérente puisée au domaine microonde par le taux de répétition ω r de la source optique cohérente puisée stabilisée.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, selon lequel on stabilise la fréquence décalée ω 0 ou le taux de répétition ω r à l'aide d'un modulateur de phase par un asservissement de type Pound-Drever-Hall .
6. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant une source de lumière cohérente puisée (Si) de volume inférieur à 10. ICT 4 cm 3 et de puissance inférieure à 1 W et une cavité résonante (CR) de référence ultrastable de volume inférieur à 0,2 cm 3 .
7. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 2, comprenant une source de lumière cohérente puisée (Si) de volume inférieur à 10.10 "4 cm 3 et de puissance inférieure à 1 W, une cavité résonante (CR) de référence ultrastable de volume inférieur à 0,2 cm 3 et une source de lumière cohérente continue (S 2 ) de volume inférieur à 10.10 ~4 cm 3 et d'une puissance inférieure à 0,5 W. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7 comprenant au moins un élément optique (L 3 ) pour séparer différentes couleurs du spectre optique de la source optique cohérente puisée (Si) .
9. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel l'élément optique (L 3 ) pour séparer différentes couleurs du spectre optique de la source optique cohérente puisée (Si) est choisi parmi les éléments suivants: réseau sélectif planaire, entrelaceur, lame de verre avec revêtement diélectri- que dont la réflectivité varie en fonction de la longueur d'onde, réseau de diffraction, cavité optique résonante à faible finesse et large domaine spectral libre.
10. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel la source de lumière cohérente puisée (Si) est choisie parmi les sources suivantes : laser multisection émettant par la tranche et puits quantiques avec absorbeur saturable, laser multisection émettant par la tranche et points quantiques avec absorbeur saturable, laser à émission par la surface et à cavité verticale (VECSEL) avec absorbeur saturable non intégré à la structure générant le grain optique, un laser intégré à mode synchronisé à émission par la surface et à cavité externe (MIXSEL) , un laser à fibre, un laser Raman, un laser à état solide et à mode bloqué par un absorbant saturable à semiconducteur (SESAM) , un résonateur microtoroïde pompé par de la lumière continue, un résonateur à fibre optique pompé par de la lumière continue.
11. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel la cavité résonante (CR) de référence ultrasta- ble est choisie parmi les éléments suivants : étalon en verre monolithique à dilatation ultra faible type ULE dont les faces comportent des miroirs diélectriques à réflectivité supérieure à 99%, le même étalon en verre mais avec une cavité creuse d'air, un résonateur ultracompact de type an- nulaire à facteur de qualité supérieur à 10 6 , un résonateur optique ultracompact en un matériau structuré mécaniquement et reposant sur l'effet de bande interdite photonique.
12. Dispositif selon l'une des revendications 6-11, dans lequel les différents éléments qui le composent sont reliés par des guides d'ondes à fibre optique ou des guides d'ondes en canaux en matériaux choisis parmi les matériaux suivants : oxyde de silicium, nitrure de silicium, silicium, polymères ou équivalents, pour assurer le couplage et le découplage du faisceau laser entre ces différents éléments.
13. Dispositif selon l'une des revendications 6-12, dans lequel un élément d'élargissement spectral optiquement non linéaire est placé directement à la sortie de la source optique cohérente puisée, cet élément d'élargissement spectral étant choisi parmi les composants suivants : fibre optique hautement non linéaire de type monomode standard ou de type cristal photonique, guide d'onde avec une géométrie de type conique.
14. Dispositif selon l'une des revendications 7-13, dans lequel la largeur spectrale de la source optique cohérente continue (S 2 ) est inférieure à 1 MHz et est formée par un des lasers suivants: laser semiconducteur de type DFB à réaction répartie ou DBR laser distribué à réflecteur de Bragg, laser semiconducteur de type Fabry-Pérot en cavité étendue, laser de type résonateur toroïdal, laser à fibre.
15. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 14 dans lequel au moins une partie des composants optiques sont réalisés en optique intégrée. |
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR STABILISER LE SPECTRE D'UNE SOURCE OPTIQUE COHERENTE PULSEE
La présente invention se rapporte à un procédé pour stabiliser le spectre d'une source optique cohérente puisée selon lequel on asservit la fréquence décalée ωo et le taux de répétition ω r afin d'asservir les fréquences des raies du peigne qui composent son spectre optique, ainsi qu'à un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé. On utilise des oscillateurs précis et stables dans bons nombres d'applications. La miniaturisation et la réduction de la consommation électrique de tels oscillateurs seraient souhaitables en particulier pour des instruments portatifs ou autonomes. On a déjà proposé dans "The miniature atomic clock - pre-production results" R. Lutwak et al., Proceedings EFTF07 une horloge miniature basée sur des transitions atomiques microondes plutôt que sur une transition optique. Le choix d'une transition optique permet d'augmenter le facteur de qualité de la résonance de référence et donc les performances de l'oscillateur.
Une horloge optique requiert l'utilisation d'un laser à modes-bloqués comme diviseur de fréquence afin de ramener une fréquence optique à une fréquence microonde. Ceci a été proposé par le Prof. Théodore Hânsch de l'Université de Munich et du Max Planck Institute de Garching en Allemagne et par le Prof. John Hall de JILA, Boulder, Colorado, USA. Le prix Nobel de physique leur a été attribué en 2005 pour cette invention. Une nouvelle génération d'horloges atomi- ques basées sur des transitions optiques est actuellement en développement et a déjà démontré des performances supérieures aux meilleures horloges atomiques basées sur des transitions microondes.
La fréquence de chaque mode n du spectre optique émis par un laser puisé à modes-bloqués est donnée par la relation suivante où n est un nombre entier :
0> op , ,n =n-ω r +ω o
Dans une horloge optique, un laser continu ou un mode du laser puisé est asservi sur une transition optique. Pour pouvoir exploiter la stabilité de fréquence obtenue à la fréquence optique, le laser puisé à modes-bloqués fait office de diviseur de fréquence. Le taux de répétition du laser puisé va posséder la même stabilité de fréquence relative que la fréquence optique et il pourra donc être traité électroniquement et servir de référence de fréquence à l'utilisateur. Pour diviser de façon exacte la fréquence optique, la fréquence décalée ω o doit être connue et stabilisée. La stabilisation de la fréquence décalée ω 0 est obtenue grâce à un interféromètre non-linéaire f-2f tel que schématisé dans Th. Udem et al., Optical Frequency Metrology, Nature 416 233-237, 2003)
La fréquence du taux de répétition est typiquement comprise entre 75 MHz et 2 GHz pour les lasers utilisés usuellement dans ces applications. Le principe qui vient d'être décrit est précisément celui d'une horloge atomique optique dans laquelle un laser continu est asservi de façon très stable sur un atome ou ion de référence. Dans le but de fabriquer une horloge optique miniature, le concept standard de stabilisation du laser puisé avec 1' interféromètre non-linéaire f-2f ne paraît pas très adapté pour des raisons de consommation et de complexité. En effet pour réaliser un interféromètre non-linéaire f-2f, un spec- tre optique couvrant une octave est requis. Pour générer ce large spectre, des impulsions courtes et énergétiques issues d'un laser volumineux et nécessitant plusieurs watts à
plusieurs dizaines de watts de puissance sont actuellement nécessaires .
Afin de s'affranchir de la contrainte de puissance des impulsions optiques pour l' interféromètre non-linéaire, la stabilisation de la fréquence décalée ω o se fait sur une cavité externe ultrastable. R. J. Jones et al ont déjà dans "Précision stabilization of femtosecond lasers to high finesse optical cavities" Phys . Rev. A 69, 051803(R) (2004), effectués une comparaison détaillée de deux systèmes de stabilisation qui conduit à une compréhension nouvelle des conditions optimum et les limites pour la stabilisation d'une cavité sur la capacité à transférer la stabilité en fréquence de la cavité au domaine microonde. La stabilité du peigne de fréquence est explorée à la fois dans le domaine optique et dans le domaine de la radio fréquence. La stabilisation du taux de répétition peut se faire soit aussi sur une cavité externe (ce qui crée donc un oscillateur non- référencé) ou soit sur une transition atomique ou moléculaire (horloge atomique donc oscillateur référencé) . Dans le cas de R. J. Jones et al., le taux de répétition est stabilisé sur la cavité résonante. La cavité résonante présente inévitablement une dérive de ses fréquences de résonance due à des variations de sa longueur (vibration et température essentiellement) . Dans R. J. Jones et al. susmentionné, le laser utilisé est un laser de type titane-saphir et est donc incompatible avec une consommation électrique inférieure à plusieurs watts. Afin d'obtenir une bonne stabilité de fréquence, le laser choisi produit des impulsions lumineuses courtes (in- férieures à 20 femtosecondes) . La cavité de référence possède une longueur de 39.5cm et la propagation des faisceaux lumineux est de type propagation libre. Ce choix de composants a été motivé par la volonté de tester les limites de
la stabilité de fréquence du taux de répétition du laser sur une cavité externe sans se soucier d'autres aspects tels que la consommation et la compacité.
Le but de la présente invention est de remédier, au moins en partie, aux inconvénients des solutions susmentionnées .
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour stabiliser le spectre d'une source optique cohérente puisée selon la revendication 1 ou selon la revendication 2. Elle a également pour objet un dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1 tel que défini par la revendication 6 et un dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 2 tel que défini par la revendication 7. La différence essentielle entre le schéma de Jones et al. et la présente invention réside essentiellement dans la stabilité à moyen et long terme de la fréquence microonde générée par le dispositif. Dans le cas de la présente invention, le taux de répétition est stabilisé sur une réfé- rence atomique ou moléculaire qui offre intrinsèquement une stabilité environnementale plus importante.
Le concept inventif adopté ici permet en outre de répondre aux exigences de miniaturisation et de limitation importante de la consommation qui constituaient, avec la pré- cision recherchée deux objectifs supplémentaires de la présente invention, permettant de réunir les conditions nécessaires à la réalisation d'un dispositif portable de faible puissance.
Parmi les éléments clés de l'invention on relève la combinaison d'un laser puisé compact, à faible consommation et dont les impulsions ne sont pas nécessairement ultracourtes avec une cavité de référence compacte et ultrastable. Suivant les formes d'exécutions proposées, une transition de
référence interrogée directement avec le laser puisé ou indirectement au moyen d'un laser continu asservi peut aussi être utilisé.
Avantageusement, ce dispositif pourrait être fibre ou réalisé en optique intégrée avec d'autres types de guides d'ondes. Actuellement de tels systèmes sont volumineux, ils consomment beaucoup d'énergie et ils font appel à des technologies incompatibles avec une miniaturisation du dispositif. Pour chaque sous-système physique, une liste de composants pertinents pour atteindre les objectifs de consommation et de compacité est proposée. Il est clair que n' importe quelle combinaison de ces sous-systèmes est possible pour atteindre les buts de consommation et de compacité . Par le terme sous-systèmes physiques sont compris les éléments tels que le laser, les guides d'onde, la cavité de référence, la référence atomique, les photodétecteurs, les lentilles, les modulateurs de phase, les filtres optiques, etc. Les éléments du dispositif qui ne font pas partie des sous-systèmes physiques sont : l'électronique d'alimentation et l'électronique de contrôle et de stabilisation.
La cavité optique résonante compacte et ultrastable est utilisée au moins pour la stabilisation de la fréquence d'offset du spectre optique de la source de lumière puisée. Différents types de cavité sont envisagés :
1. Un étalon solide fabriqué en verre à taux d'expansion ultra-bas pour minimiser les dérives thermiques qui causent une variation de sa longueur. Des miroirs diélectriques à très haute réflectivité sont ménagés sur ses faces afin d'obtenir une finesse (ou facteur de qualité) élevée du résonateur permettant d'augmenter les performances du dispositif. De tels étalons sont décrits sur le site www. generaloptics . corn
2. Un étalon tel que décrit ci-dessus, mais avec cavité creuse à l'air afin de limiter les dérives thermiques de l'étalon (variation de sa longueur) pour cause d'absorption résiduelle de la lumière stockée dans le réso- nateur cause d' échauffement . La cavité creuse offre également l'avantage d'éliminer la dispersion due au verre de l'étalon mentionné au point 1. Des informations relatives à cet étalon se trouvent sur le site mentionné au point 1. 3. Un résonateur ultracompact de type annulaire à haut facteur de qualité décrit dans le EP 1554618 Bl.
4. Un résonateur optique ultracompact basé sur un matériau structuré mécaniquement et reposant sur l'effet de bande interdite photonique (P. Pottier et al., Triangular and Hexagonal High Q-Factor 2-D Photonic Bandgap Cavi- ties on IH-V Suspended Membranes , J. Lightwave Technology, 17 2058 (1999) .
La source optique cohérente puisée est compacte et à basse consommation. Elle agit comme diviseur de fréquence du domaine optique au domaine microonde. La fréquence microonde stable et pure produite par l'arrangement complet est fournie par le taux de répétition de la source optique puisée stabilisée. Dans le but d'obtenir un dispositif compact et à basse-consommation, les sources suivantes sont possibles : 1. Laser de type multisection émettant par la tranche et puits quantiques avec absorbeur saturable DE 10322112 B4.
2. Laser de type multisection émettant par la tranche et points quantiques avec absorbeur saturable, Y. -C. Xin et al., Reconfigurable quantum dot monolithic multisection passive mode-locked laser, Optics Express 15 7623 (2007) .
3. Laser à émission par la surface et à cavité verticale
(VECSEL) avec absorbeur saturable non intégré à la structure générant le grain optique, D. Lorenser et al., Towards wafer-scale intégration of high répétition
rate passively mode-locked surface emitting semiconduc- tor lasers, Appl . Phys . B 79 927 (2004) .
4. Laser intégré à mode synchronisé à émission par la surface et à cavité externe (MIXSEL), A. R. Bellancourt et al., First démonstration of a modelocked integrated external-cavity surface emitting laser (MIXSEL), CLEO 07, talk CWIl.
5. Laser à fibre J. Chen et al., High répétition rate, low jitter, low intensity noise, fundamentally mode-locked 167 fs soliton Er-fiber laser, 32 1566 (2007) .
6. Laser de type Raman, B. R: Koch et al., Mode-locked silicon evanescent lasers, Opt . Express 15 11225 (2007) .
7. Laser de type solide pompé par diode et à modes-bloqués par un absorbant saturable à semiconducteur (SESAM) L.
Krainer et al., Compact Nd:YVO 4 lasers with puise répétition rates up to 160 GHz, IEEE J. Quantum Electr. 38 1331 (2002) .
8. Résonateur microtoroïde pompé par de la lumière conti- nue, US 2008285606 Al.
9. Résonateur à fibre optique pompé par de la lumière continue, T. Braje et al. (http: //tf.nist. gov/cgi-bin/ showpubs .pi)
Dans les arrangements proposés, un ou des éléments per- mettant de séparer spatialement différentes couleurs du spectre sont requis. Voici une liste non-exhaustive de composants compacts et compatibles avec l'approche optique intégrée pouvant assurer cette tâche (liste non- exhaustive) : 1. Réseau sélectif planaire (AWG), www.jdsu.com.
2. Entrelaceur, www.jdsu.com.
3. Lame de verre avec revêtement diélectrique dont la réflectivité varie en fonction de la longueur d'onde.
4. Réseau de diffraction. 5. Cavité optique résonante à faible finesse et large domaine spectral libre.
Dans certains arrangements proposés, un modulateur de phase est requis pour réaliser un asservissement de type Pound-Drever-Hall, R. W. P. Drever et al., Laser phase and frequency stabilization using an optical resonator, Appl . Phys . B 31 97 (1983) . Afin d'avoir un arrangement compact, les composants suivants peuvent être utilisés (liste non- exhaustive) :
1. IBM, W. M. J. Green et al., Ultra-compact- low RF power, 10 Gb/s silicon Mach-Zehnder modulator, Opt . Exp.15 17106 (2007)
2. Intel www.intel.com
3. JDSU www.jdsu.com
Pour assurer la compacité de tous les arrangements décrits , des guides d' ondes de type fibre optique ou guides d' ondes en canaux ( en différents matériaux tels qu' oxyde de silicium, nitrure de silicium, silicium, polymères , etc . ) (Livre sur le domaine : http://www.crcpress.com/shoppingcart/products/product détail. asp?sku=DK3157) peuvent être utilisés . Les technologies associées aux guides d' ondes en canaux permettent aussi de réaliser une puce optique.
Ces guides d'ondes permettent également d'assurer le couplage et découplage du faisceau laser des différents éléments composants les arrangements.
Une des particularités de cette invention est de pou- voir s'affranchir d'un spectre optique très large nécessaire (typiquement une octave) pour pouvoir asservir de manière usuelle la fréquence décalée de la source de lumière puisée. Néanmoins un élément optique non linéaire permettant un élargissement spectral permet d'améliorer les performances du système. En effet selon R. J. Jones et al. susmentionné, la qualité de la stabilisation de la fréquence décalée, donc la stabilité du taux de répétition ω r , augmente avec la largeur spectrale utilisée suivant la relation :
ω C entre/ ( 2π-δf )
Où ω centre est la fréquence centrale de l'intervalle de fréquence optique δf considéré (δf=ω b -ω a ) dans les arrangements proposés . Afin d' augmenter la largeur spectrale de la source (sans toutefois atteindre l'octave), l'utilisation d'un élément optiquement non linéaire est requis. Cet élément doit être placé directement après la source de lumière puisée afin de bénéficier du maximum de puissance des impulsions et donc d'élargir le spectre au maximum. Différents types d'éléments non linéaires sont possibles et compatibles avec les technologies de guidage de la lumière tels que fibre optique ou guide d'onde en canaux:
1. Fibre optique hautement non linéaire de type monomode standard www.ofs.com ou de type cristal photonique http://www.crystal-fibre.com/.
2. Guide d'onde avec une géométrie de type conique.
A noter que l'élément non linéaire n'a pas été représenté dans les schémas annexés. Le laser continu stabilisé sur une référence optique atomique ou moléculaire se doit d' être de largeur spectrale étroite. Dans les arrangements où un tel laser est requis, le signal microonde généré par le dispositif sera conçu pour avoir les effets suivants : 1. La largeur spectrale du laser continu va avoir un effet sur la pureté spectrale du signal microonde généré par le dispositif (bruit de phase) .
2. La stabilité de fréquence à moyen et long terme va avoir un effet sur la stabilité de fréquence à moyen et long terme de la source microonde.
Un tel laser peut être réalisé avec les technologies suivantes :
1. Laser semiconducteur de type DFB à réaction répartie ou DBR laser distribué à réflecteur de Bragg.
2. Laser semiconducteur de type Fabry-Pérot en cavité étendue. 3. Laser de type résonateur toroïdal L. Yang et al., A 4- Hz fundamental linewidth on-chip microlaser, CLEO 07, talk CMR2 4. Laser à fibre www.np-photonics.com
Les dessins annexés illustrent, schématiquement et à titre d'exemple, quatre formes d'exécution de dispositifs pour la mise en œuvre des procédés objet de la présente invention.
La figure 1 est un schéma de principe d'une première forme d' exécution ; La figure IA est une vue partielle d'une variante du schéma de la figure 1 ; la figure 2 est un schéma de principe d'une deuxième forme d'exécution ; la figure 3 est un schéma de principe d' une troisième forme d'exécution ; la figure 4 est un schéma de principe d' une quatrième forme d'exécution.
Le schéma de principe de la figure 1 comporte une source optique de lumière cohérente puisée Si à la sortie de laquelle se trouve une lame séparatrice L 3 ou un élément de type filtre interférentiel ou un résonateur de Fabry-Pérot, ou un entrelaceur pour séparation spectrale. La lame séparatrice L 3 dirige la lumière de la source Si sur un modulateur de phase MP à la sortie duquel une deuxième lame séparatrice L 3 dirige la lumière vers une cavité de référence CR pour stabiliser la fréquence décalée Cû O ou le taux de répétition ω r de la source optique Si par la méthode de Pound-Drever- HaIl. Le signal optique issu de la cavité de référence CR
est dirigé par la deuxième lame séparatrice vers un photodétecteur PDi à travers un filtre passe-bande F pb optionnel pour stabiliser ω r (Figure 1) ou vers deux photodétecteurs PD IA et PD IB à travers un réseau sélectif planaire AWG pour stabiliser (Oo comme illustré par la figure IA. Les signaux électriques issus de PD iA et PDi B sont soustraits par un amplificateur différentiel A et leur différence est utilisée comme signal d'erreur pour agir sur la source optique Si et stabiliser la fréquence décalée COo. Dans le cas où il n'y a qu'un seul photodétecteur PDi, le signal électrique est ramené à la source optique Si pour en stabiliser taux de répétition ω r .
Une seconde source optique de lumière cohérente continue S 2 forme un faisceau continu dirigé sur une transition atomique ou moléculaire TAM dont on utilise le signal pour asservir la source optique cohérente continue S 2 . On détecte par ailleurs la différence de fréquence entre un mode du spectre du faisceau optique puisé issu de la source optique puisée Si et le faisceau continu issu de la source optique continue S 2 pour asservir le taux de répétition ω r ou la fréquence décalée ωo-
A cet effet, deux lames séparatrices L s sont placées à la sortie de la source optique S 2 . Avantageusement un filtre passe-bande F pb est placé devant un photodétecteur PD 2 dont la sortie est reliée à la source optique puisée Si. Le signal électrique sortant du photodétecteur sert à asservir ω r ou ωo.
La sortie de la transition atomique ou moléculaire est dirigée sur un photodétecteur PD 3 dont le signal électrique est transmis à la source optique continue S 2 pour asservir la fréquence optique.
La forme d'exécution illustrée par le schéma de la figure 2 diffère de celle du schéma de la figure 1 essen-
tiellement par le fait que la cavité de référence CR asservit la fréquence décalée ω 0 ou le taux de répétition ω r par l' intensité du signal lumineux transmise par la cavité de référence CR, comme le montre le schéma, ou le photodétec- teur PDi se situe à la sortie de la cavité de référence CR, contrairement à la figure 1. Avantageusement, un filtre passe-bande F pb ou un réseau sélectif planaire AWG ou un entrelaceur est disposé entre la cavité de référence et le photodétecteur PDi. Dans le cas où un réseau sélectif pla- naire AWG est utilisé, la variante du schéma partiel de la figure IA s'applique au traitement du signal lumineux transmis par la cavité de référence CR de la figure 2.
Le reste du dispositif de la figure 2 est en tout point semblable à celui de la figure 1 et on pourra se reporter à la description correspondante de la figure 1 qui s'applique à la figure 2.
Le schéma de la figure 3 est très proche de celui de la figure 1, mais dans ce cas, seule la source optique de lumière cohérente puisée Si est utilisée. Comme dans le cas de la figure 1, le signal optique issu de la cavité de référence CR est dirigé par la deuxième lame séparatrice vers un photodétecteur PDi à travers un filtre passe-bande F pb optionnel pour stabiliser le taux de répétition ω r par la méthode de Pound-Drever-Hall ou, comme illustré par la va- riante de la figure IA vers deux photodétecteurs PDi A et PDi B à travers un réseau sélectif planaire AWG pour stabiliser CDo. La lame séparatrice L 3 , qui peut être un élément de type filtre interférentiel ou un résonateur de Fabry-Pérot ou un entrelaceur, situé à la sortie de la source optique puisée Si dirige et sélectionne une raie du peigne du spectre optique sur le filtre passe-bande F pb situé entre la lame séparatrice L 3 et la transition atomique ou moléculaire TAM. La raie du peigne sonde la transition atomique ou molécu-
laire et le signal électrique d'absorption issu du photodétecteur PD 3 permet d'asservir le taux de répétition ω r ou la fréquence décalée ω 0 de la source Si.
Le schéma de la figure 4 est très voisin de celui de la figure 2 et n'en diffère essentiellement que par le fait qu'il n'utilise qu'une source de lumière puisée Si. Comme dans le cas de la figure 2, l'intensité transmise par la cavité de référence CR est dirigée vers un photodétecteur PDi à travers un filtre passe-bande F pb optionnel pour stabiliser ω r ou, comme illustré par la variante de la figure IA, vers deux photodétecteurs PD iA et PDi B à travers un réseau sélectif planaire AWG pour stabiliser ωo- Comme dans le cas de la figure 3, la lame séparatrice L s , qui peut être un élément de type filtre interférentiel ou un résonateur de Fabry-Pérot ou un entrelaceur, situé à la sortie de la source optique puisée Si, dirige et sélectionne une raie du peigne du spectre optique sur le filtre passe- bande F pb situé entre la lame séparatrice L 3 et la transition atomique ou moléculaire TAM. La raie du peigne sonde la transition atomique ou moléculaire et le signal électrique d'absorption issu du photodétecteur PD 3 permet d'asservir le taux de répétition ω r ou la fréquence décalée ωo de la source Si.
En ce qui concerne les caractéristiques techniques des composants utilisés dans les schémas des figures 1 à 4, on peut donner, à titre d'exemple, les valeurs suivantes :
Dans le cas d' une cavité de référence CR monolithique en verre, le traitement diélectrique hautement réfléchissant des miroirs est réalisé pour obtenir une réflectivité >99%. De préférence le traitement est effectué avec une compensation de la dispersion du verre. La longueur de la cavité est comprise entre 100 mm et 1,0 mm, correspondant à un domaine
spectral libre entre 1 et 100 GHz respectivement. Le verre est de type à dilatation ultra faible (ULE) .
Dans le cas de la cavité de référence CR avec vide d'air et cale, le verre est aussi de type à dilatation ultra faible (ULE) . Les miroirs sont traités pour avoir une réflectivité >99%, si possible le traitement est destiné à avoir une dispersion nulle sur 100-200 nm, pour une longueur d'onde de 1550 nm et longueur comprise entre 150 mm et 1,5 mm correspondant à un domaine spectral libre entre 1 et 100 GHz respectivement.
Pour la source de lumière puisée, compacte et à basse consommation, suivant le type de laser, la longueur d'onde est comprise entre 750 nm et 1600 nm. La durée des impulsions est comprise entre 100 fs et 10 ps. La largeur spec- traie des impulsions est comprise entre 0,25 nm et 25 nm pour une longueur d'onde de 1550 nm. La puissance optique moyenne est de 1 à 100 mW, le taux de répétition se situe entre 1 et 100 GHz. La consommation est de 10 mW < 30OmW < 1000 mW. Pour le résonateur microtoroxde pompé par de la lumière continue, la longueur d'onde est de 1550 nm, la largeur spectrale de 10 à 300 nm, la puissance optique est de 10 mW < 150 mW < 200 mW, domaine spectral libre compris entre 10 GHz et 1000 GHz. La consommation est de 30 mW < 150 mW < 600 mW.
L'élément compact permettant de faire la séparation spatiale des différentes composantes spectrales est un réseau sélectif planaire (AWG) , ou un entrelaceur dont le domaine spectral libre est compris entre 50 et 100 GHz. La cellule et référence atomique ou moléculaire appelée ci-dessus transition atomique ou moléculaire contient la référence sous forme gazeuse. Il peut s'agir d'une cellule en quartz ou en pyrex de dimension typiquement entre 5 et 10
mm de longueur dans la direction de propagation du faisceau laser et entre 5 et 10 mm de diamètre.
Il peut aussi s'agir d'une cellule de type MEMS avec substrat en silicium ou en pyrex et deux fenêtres soudées en pyrex de part et d'autre du substrat. Un trou typiquement de 1 mm est ménagé au centre du substrat de 1 à quelques mm d'épaisseur définissant la longueur du chemin optique. La dimension latérale de la cellule est de 2 à 5 mm de côté.
Il peut encore s'agir d'une cellule de fibre optique creuse microstructurée . Un gaz de référence est emprisonné au cœur de la fibre creuse (diamètre du cœur < 20 μm) . La longueur de la fibre est comprise entre 10 et 1000 mm.
L'atome ou la molécule de référence est soit une vapeur d'alcalin, typiquement de rubidium ou de césium, soit un gaz d'acétylène, de cyanure d'hydrogène, d'iode (I 2 ), de vapeur d'eau, notamment.
Quant à la source optique cohérente continue, il s'agit d'un laser dont la consommation est de 10 < 50 < 200 mW, la puissance optique est de 3 < 15 < 80 mW, la largeur spectra- le < 1 MHz et la longueur d'onde en fonction de la référence atomique ou moléculaire est comprise entre 750 et 1600 nm.
Dans les schémas des figures 1 à 4, la propagation des faisceaux peut être soit dans des fibres optiques, soit dans des guides d'onde pour encore limiter les dimensions. Pour finalement réduire au maximum les dimensions, tous ces éléments peuvent être réalisés en optique intégrée.
Un bilan de volume et de consommation a été dressé en ce qui concerne le schéma de la figure 1. Une comparaison a été réalisée entre le volume et la consommation de ce dispo- sitif et un dispositif de l'état de la technique, en l'occurrence celui de R. J. Jones et al. susmentionné qui constitue l'état de la technique le plus proche.
Les dimensions choisies des composants de la figure 1 sont les suivantes :
Laser puisé Si : longueur 1 mm, 0 0,5 mm
Laser continu S 2 : longueur 1 mm, 0 0,5 mm
Modulateur de phase MP : longueur 1 mm, 0 1 mm
Réseau sélectif planaire AWG : 6x6 mm
Cavité résonante CR : 10 mm, 0 3 mm
Photodétecteurs PD : 0,5 mm, 0 0,5 mm
Cellule de transition atomique/moléculaire TAM : 1x1 mm
Tableau 2 : Bilan volume/consommation du schéma de la figure 1. * Source de tension ou de courant non comprise.
Les valeurs de volume et de consommation ne tiennent pas compte de l'électronique de contrôle et d'alimentation nécessaire au dispositif. Les chiffres donnent une limite inférieure atteignable.
On constate une réduction du volume d'un facteur 100 '000 et une réduction de la consommation d'un facteur 100 avec des éléments et technologies disponibles à ce jour.