An optical lattice clock with Strontium atoms
Horloge à réseau optique à atomes de Strontium
Résumé
This thesis presents the latest achievements regarding the optical lattice clock with Strontium atoms developed at LNE-SYRTE. After a review of the different types of optical clocks that are currently under development, we stress on the concept of optical lattice clock which was first imagined for 87Sr using the 1S0 - 3P0 transition. We exhibit the features of this atom, in particular the concept of magic wavelength for the trap, and the achievable performances for this kind of clock. The second part presents the experimental aspects, insisting particularly on the ultra-stable laser used for the interrogation of the atoms which is a central part of the experiment. Among the latest improvements, an optical pumping phase and an interrogation phase using a magnetic field have been added in order to refine the evaluation of the Zeeman effect. Finally, the last part presents the experimental results. The last evaluation of the clock using 87Sr atoms allowed us to reach a frequency accuracy of 2,6.10-15 and a measurement in agreement with the one made at JILA at the 10-15 level. On another hand, thanks to recent theoretical proposals, we made a measurement using the bosonic isotope 88Sr by adapting the experimental setup. This measurement represents the first evaluation for this type of clock, with a frequency accuracy of 7.10-14.
Ce mémoire présente les dernières avancées de l'horloge à réseau optique à atomes de Strontium du LNE-SYRTE. Après avoir passé en revue les différents types d'horloges optiques actuellement développées, l'accent est mis sur le concept d'horloge à réseau optique qui a d'abord été formulé dans le cadre d'une horloge à 87Sr utilisant la transition 1S0 - 3P0. Les particularités de cet atome sont présentées, notamment la notion de longueur d'onde magique de piégeage, ainsi que les performances qui sont envisageables pour une telle horloge. La deuxième partie présente les aspects expérimentaux, en insistant plus particulièrement sur le développement du laser ultra-stable qui est utilisé pour l'interrogation des atomes et qui représente un point central. Parmi les dernières améliorations, une phase de pompage optique et d'interrogation en présence d'un champ magnétique a été ajoutée au dispositif de manière à mieux déterminer l'effet Zeeman. Enfin, la dernière partie présente les résultats expérimentaux. La dernière évaluation de l'horloge à 87Sr a permis d'atteindre une exactitude de 2,6.10-15 et une mesure en accord au niveau de 10-15 avec une évaluation indépendante faite au JILA. D'autre part, suite à de récentes propositions théoriques, une mesure a également été effectuée en utilisant l'isotope bosonique 88Sr et en adaptant le dispositif expérimental, permettant d'obtenir la première évaluation pour ce type d'horloge, avec une exactitude de 7.10-14.