Mercury Optical Lattice Clock: From High-Resolution Spectroscopy to Frequency Ratio Measurements

Horloge à Réseau Optique de Mercure : Spectroscopie Haute Resolution et Comparaison d’Étalons de Fréquence Ultra-Précis

Maxime Favier (1)

1 SYRTE - Systèmes de Référence Temps Espace

This thesis presents the development of a high-accuracy optical frequency standard based on neutral mercury 199Hg trapped in an optical lattice. We will present the experimental setup and the improvements that were made during this thesis, which have allowed us to perform spectroscopy on the doubly forbidden 1S0 → 3P0 mercury clock transition at the Hz level resolution. With such a resolution, we have been able to perform an in-depth study of the physical effects affecting the clock transition.This study represents a factor 60 improvement in accuracy on the knowledge of the clock transition frequency, pushing the accuracy below the current realization of the SI second by the best cesium atomic fountains. Finally, we will present the results of several comparison campaigns between the mercury clock and other state-of the-art frequency standards, both in the optical and in the microwave domain.

L’objet de cette thèse est le développement d’un étalon de fréquence optique basé sur l’atome de mercure 199Hg piégé dans un réseau optique. Nous présenterons le dispositif expérimental, les améliorations apportées au cours de la thèse qui ont permis d’effectuer la spectroscopie de la transition doublement interdite 1S0 → 3P0 du mercure dans le domaine ultraviolet avec une résolution de l’ordre du Hz. Une telle résolution nous a permis de mener une étude approfondie des effets physiques affectant la fréquence de la transition d’horloge. Cette étude a permis un gain d’un facteur 60 sur la connaissance de la fréquence de la transition d’horloge, et de pousser l’incertitude au delà de la réalisation de la seconde SI par les étalons de fréquence basés sur le césium. nfin nous présenterons les résultats de plusieurs campagnes de comparaison entre notre étalon au mercure et d’autres horloges de très haute précision fonctionnant dans le domaine optique ainsi que dans le domaine micro-onde.

Mots clés: Atomic clocks; Spectroscopy; Sources laser Ultra-violet

Mots clés: Horloges atomiques; Spectroscopie; Ultraviolet laser sources

Domaines: Physique Quantique [quant-ph]

Maxime Favier. Mercury Optical Lattice Clock: From High-Resolution Spectroscopy to Frequency Ratio Measurements. Quantum Physics [quant-ph]. Université Pierre et Marie Curie, 2017. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01636177v1⟩