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Samedi 25 Mars 2017 - 0:55

REFIMEVE+

7 novembre 2014
 

Lien optique ultra-stable

Pour la comparaison d’étalons de fréquence et pour des application liées à la métrologie temps-fréquence, nous développons en collaboration avec le Laboratoire de Physique des Lasers une nouvelle technique de transfert temps-fréquence par fibre optique. Le point de départ est un laser ultra-stable à la longueur d’onde Telecom référencé aux horloges optiques et micro-onde du SYRTE à l’aide d’un peigne de fréquence. Le signal métrologique transporté par la fibre est la phase du laser. Une partie de la lumière du laser ultra-stable est injecté dans une fibre optique. Les perturbations apportées au signal métrologique par la fibre (dû aux fluctuations thermique et au bruit acoustique essentiellement) sont mesurées après un aller-retour dans la fibre et compensées par un système électronique actif.

Pour profiter de l’infrastructure de fibre existante, nous avons développé une collaboration avec RENATER et mis au point une technique de transfert en parallèle du flux de données, sans perturbation ni du signal métrologique, ni des données. Nous avons démontré le transfert simultané de temps et de fréquence sur 540 km, et nous travaillons actuellement à étendre la portée du lien optique afin de constituer un réseau métrologique fibré au niveau national et européen.
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Enjeux

Une activité essentielle de la métrologie Temps-fréquence est la comparaison des fréquences d’horloge d’un ensemble d’horloges réalisées indépendamment : la comparaison permet de rechercher des biais et de s’assurer de leur exactitude, et de nous renseigner sur la dérive des constantes fondamentales de la physique. Aussi la comparaison entre des étalons primaires de fréquence au meilleur niveau nécessite un moyen de comparaison dont la résolution est meilleure que le plancher de bruit des horloges que l’on souhaite comparer.

Actuellement les comparaisons d’horloges à distance sont effectuées soit par GPS, soit par satellite de télécommunications. Les comparaisons sont limitées en stabilité relative à quelques 10-15 pour un jour de mesure, ce qui est insuffisant pour les performances ultimes des étalons atomiques de fréquence actuels.

Pour des applications de la spectroscopie à ultra-haute résolution et de synchronisation de grands instruments - mesures de physique fondamentale, mesure de polluants atmosphériques, géodésie, astronomie,- la qualité des références de fréquence est un élément important du système expérimental et peut être un facteur limitant la résolution des mesures. Cependant la mise en oeuvre et le coût d’exploitation d’un étalon de fréquence de haute performance est souvent prohibitif pour l’utilisateur. La stratégie communément employée consiste à comparer la fréquence d’un oscillateur local avec un étalon de fréquence de meilleure qualité et d’exploiter le résultat de la comparaison pour discipliner l’oscillateur local sur la référence de fréquence. La solution la plus commode est d’exploiter les signaux du GPS. Là encore les progrès dans les laboratoires sont tels que la résolution de la comparaison devient un facteur limitant la résolution des mesures.
Objectifs

L’objectif de notre activité est de permettre la comparaison d’horloge à l’échelle européenne au niveau de 10-18 après une journée d’intégration (projet NEAT FT) et de disséminer à l’échelle nationale une référence de fréquence optique pour une vingtaine de laboratoires intéressés par les mesures de très haute résolution (projet REFIMEVE+).

La technologie développée, en collaboration étroite avec le Laboratoire de Physique des Lasers (LPL, CNRS / Université Paris 13), consiste à coupler dans une fibre optique un laser ultra-stable référencé aux horloges optique et micro-onde du SYRTE. Le signal métrologique transporté par la fibre est la phase du laser [7]. Les perturbations apportées au signal métrologique par la fibre (dû aux fluctuations thermique et au bruit acoustique essentiellement) sont mesurées après un aller-retour dans la fibre et compensées par un système électronique actif. On peut aussi transférer un signal radio- fréquence en ajoutant une modulation d’amplitude au laser [4,6]. Nous avons montré récemment qu’on pouvait également transférer un signal de synchronisation et une référence de temps en ajoutant une modulation de phase. Le résultat de l’étude montre déjà des performances bien meilleures que par GPS [1].

contact RENATER : Emilie Camisard - emilie.camisard renater.fr