36 research outputs found
Ramsey CPT Signal Generation with a Miniature Clock Bench and a Dual-Frequency Optical Generator
We demonstrate, for the first time, Ramsey CPT spectroscopy with a miniature
electro-optical bench associated to a dual-frequency generator based on
combined optical injection locking and optical phase locking techniques
Preliminary results show Ramsey CPT resonance with a contrast of 2% at the
Cesium D2 line. Frequency difference locking loops lead to a contribution of
Dick effect to fractional frequency stability lower than 1.7x10-13 at 1 s, in
line with targeted clock stability of 5x10-13 at 1 s
Vers une horloge compacte à piégeage cohérent de population du césium : source laser bifréquence bipolarisation et banc optoélectronique miniature
The coherent population trapping (CPT) phenomenon with high contrast is particularly promising for the development of a compact and high frequency stability clock. An original compact clock architecture based on a miniature optoelectronic bench and a dual-polarization dual-frequency laser is proposed.A miniature bench (volume below 10 L) with the optical functions and the servo-controls necessary to the stabilization of the laser field is developed and studied. The miniature optical components are meticulously aligned to guarantee noise reductions comparable to laboratory setups. A complete study of the optical power stabilization is made, revealing the electronic limitations at short-term and the thermal sensitivities of the setup at long-term. The use of a dual-frequency generator allows to validate the bench by obtaining the CPT spectroscopy on the D2 line of cesium in continuous and pulsed regime.A vertical-external-cavity surface-emitting laser (VECSEL) is implemented to generate the two optical frequencies necessary for the CPT interrogation. The design choices for the VECSEL, in particular to obtain the emission of two modes with strongly correlated and in-phase optical intensities, are detailed. The addition of elements in the cavity leads to additional losses and limits the emitted optical power. The emission of two polarization modes around 852 nm (and 895 nm) with a tunable frequency difference of a few gigahertz is obtained.The understanding of the correlations between the cavity eigenstates allows to model and optimize the reduction strategies of the laser noises. With in-phase intensity fluctuations, the stabilization of the optical power leads to similar noise reductions for both polarization modes, but limited by the amplitude of the correlations. Simultaneous control of the optical frequency as well as of the frequency difference between the modes is demonstrated for the first time using two electro-optical crystals integrated in the laser cavity.The contributions of the laser noises to the frequency instabilities of the future compact clock are estimated. The intensity and phase noises participate limits the stability to only a few 10^-13 at 1 s, in line with the targeted objectives.Le phĂ©nomĂšne de piĂ©geage cohĂ©rent de population (coherent population trapping, CPT) Ă fort contraste est particuliĂšrement prometteur pour le dĂ©veloppement dâune horloge atomique compacte et Ă haute stabilitĂ© de frĂ©quence. Une architecture dâhorloge compacte originale reposant sur un banc optoĂ©lectronique miniature et un laser Ă Ă©mission bifrĂ©quence bipolarisation est proposĂ©e.Un banc miniature, de volume infĂ©rieur Ă 10 L, regroupant les fonctions optiques et les asservissements nĂ©cessaires Ă la stabilisation du champ laser est dĂ©veloppĂ© et Ă©tudiĂ©. Les Ă©lĂ©ments optiques miniatures sont minutieusement alignĂ©s pour garantir des rĂ©ductions de bruit comparables aux montages de laboratoire. Une Ă©tude complĂšte de la stabilisation de puissance optique est faite, rĂ©vĂ©lant les limites dâorigines Ă©lectroniques sur les temps courts et les sensibilitĂ©s thermiques du montage sur les temps longs. Lâutilisation dâun gĂ©nĂ©rateur bifrĂ©quence permet de valider le banc en rĂ©alisant la spectroscopie CPT sur la raie D2 du cĂ©sium en fonctionnement continu et impulsionnel. Un laser Ă semi-conducteur Ă cavitĂ© Ă©tendue (de type vertical-external-cavity surface-emitting laser, VECSEL) est implĂ©mentĂ© pour gĂ©nĂ©rer les deux frĂ©quences optiques nĂ©cessaires Ă lâinterrogation CPT. Les choix de conception et de rĂ©alisation du VECSEL, en particulier pour obtenir lâĂ©mission de deux modes dont les intensitĂ©s sont fortement corrĂ©lĂ©es et en phase, sont dĂ©taillĂ©s. LâĂ©mission de deux modes de polarisation autour de 852 nm (et de 895 nm) avec une diffĂ©rence de frĂ©quence accordable de quelques gigahertz est obtenue. La comprĂ©hension des corrĂ©lations entre les Ă©tats propres de la cavitĂ© permet de modĂ©liser et dâoptimiser les stratĂ©gies de rĂ©duction des bruits du laser. Avec des fluctuations dâintensitĂ© en phase, la stabilisation de la puissance optique mĂšne Ă des rĂ©ductions similaires des bruits des deux modes de polarisation, mais limitĂ©es par lâamplitude des corrĂ©lations. Les asservissements simultanĂ©s dâune frĂ©quence optique ainsi que de la diffĂ©rence de frĂ©quence entre les modes sont dĂ©montrĂ©s pour la premiĂšre fois grĂące Ă lâutilisation judicieuse de deux cristaux Ă©lectro-optiques intĂ©grĂ©s dans la cavitĂ© laser.Les contributions des bruits du laser aux instabilitĂ©s de frĂ©quence de la future horloge sont estimĂ©es. Les bruits dâintensitĂ© et de phase radiofrĂ©quence participent majoritairement Ă limiter la stabilitĂ© Ă quelques 10^-13 Ă 1 s dâintĂ©gration, respectant les objectifs visĂ©s
Vers une horloge compacte à piégeage cohérent de population du césium : source laser bifréquence bipolarisation et banc optoélectronique miniature
The coherent population trapping (CPT) phenomenon with high contrast is particularly promising for the development of a compact and high frequency stability clock. An original compact clock architecture based on a miniature optoelectronic bench and a dual-polarization dual-frequency laser is proposed.A miniature bench (volume below 10 L) with the optical functions and the servo-controls necessary to the stabilization of the laser field is developed and studied. The miniature optical components are meticulously aligned to guarantee noise reductions comparable to laboratory setups. A complete study of the optical power stabilization is made, revealing the electronic limitations at short-term and the thermal sensitivities of the setup at long-term. The use of a dual-frequency generator allows to validate the bench by obtaining the CPT spectroscopy on the D2 line of cesium in continuous and pulsed regime.A vertical-external-cavity surface-emitting laser (VECSEL) is implemented to generate the two optical frequencies necessary for the CPT interrogation. The design choices for the VECSEL, in particular to obtain the emission of two modes with strongly correlated and in-phase optical intensities, are detailed. The addition of elements in the cavity leads to additional losses and limits the emitted optical power. The emission of two polarization modes around 852 nm (and 895 nm) with a tunable frequency difference of a few gigahertz is obtained.The understanding of the correlations between the cavity eigenstates allows to model and optimize the reduction strategies of the laser noises. With in-phase intensity fluctuations, the stabilization of the optical power leads to similar noise reductions for both polarization modes, but limited by the amplitude of the correlations. Simultaneous control of the optical frequency as well as of the frequency difference between the modes is demonstrated for the first time using two electro-optical crystals integrated in the laser cavity.The contributions of the laser noises to the frequency instabilities of the future compact clock are estimated. The intensity and phase noises participate limits the stability to only a few 10^-13 at 1 s, in line with the targeted objectives.Le phĂ©nomĂšne de piĂ©geage cohĂ©rent de population (coherent population trapping, CPT) Ă fort contraste est particuliĂšrement prometteur pour le dĂ©veloppement dâune horloge atomique compacte et Ă haute stabilitĂ© de frĂ©quence. Une architecture dâhorloge compacte originale reposant sur un banc optoĂ©lectronique miniature et un laser Ă Ă©mission bifrĂ©quence bipolarisation est proposĂ©e.Un banc miniature, de volume infĂ©rieur Ă 10 L, regroupant les fonctions optiques et les asservissements nĂ©cessaires Ă la stabilisation du champ laser est dĂ©veloppĂ© et Ă©tudiĂ©. Les Ă©lĂ©ments optiques miniatures sont minutieusement alignĂ©s pour garantir des rĂ©ductions de bruit comparables aux montages de laboratoire. Une Ă©tude complĂšte de la stabilisation de puissance optique est faite, rĂ©vĂ©lant les limites dâorigines Ă©lectroniques sur les temps courts et les sensibilitĂ©s thermiques du montage sur les temps longs. Lâutilisation dâun gĂ©nĂ©rateur bifrĂ©quence permet de valider le banc en rĂ©alisant la spectroscopie CPT sur la raie D2 du cĂ©sium en fonctionnement continu et impulsionnel. Un laser Ă semi-conducteur Ă cavitĂ© Ă©tendue (de type vertical-external-cavity surface-emitting laser, VECSEL) est implĂ©mentĂ© pour gĂ©nĂ©rer les deux frĂ©quences optiques nĂ©cessaires Ă lâinterrogation CPT. Les choix de conception et de rĂ©alisation du VECSEL, en particulier pour obtenir lâĂ©mission de deux modes dont les intensitĂ©s sont fortement corrĂ©lĂ©es et en phase, sont dĂ©taillĂ©s. LâĂ©mission de deux modes de polarisation autour de 852 nm (et de 895 nm) avec une diffĂ©rence de frĂ©quence accordable de quelques gigahertz est obtenue. La comprĂ©hension des corrĂ©lations entre les Ă©tats propres de la cavitĂ© permet de modĂ©liser et dâoptimiser les stratĂ©gies de rĂ©duction des bruits du laser. Avec des fluctuations dâintensitĂ© en phase, la stabilisation de la puissance optique mĂšne Ă des rĂ©ductions similaires des bruits des deux modes de polarisation, mais limitĂ©es par lâamplitude des corrĂ©lations. Les asservissements simultanĂ©s dâune frĂ©quence optique ainsi que de la diffĂ©rence de frĂ©quence entre les modes sont dĂ©montrĂ©s pour la premiĂšre fois grĂące Ă lâutilisation judicieuse de deux cristaux Ă©lectro-optiques intĂ©grĂ©s dans la cavitĂ© laser.Les contributions des bruits du laser aux instabilitĂ©s de frĂ©quence de la future horloge sont estimĂ©es. Les bruits dâintensitĂ© et de phase radiofrĂ©quence participent majoritairement Ă limiter la stabilitĂ© Ă quelques 10^-13 Ă 1 s dâintĂ©gration, respectant les objectifs visĂ©s
Vers une horloge compacte à piégeage cohérent de population du césium : source laser bifréquence bipolarisation et banc optoélectronique miniature
The coherent population trapping (CPT) phenomenon with high contrast is particularly promising for the development of a compact and high frequency stability clock. An original compact clock architecture based on a miniature optoelectronic bench and a dual-polarization dual-frequency laser is proposed.A miniature bench (volume below 10 L) with the optical functions and the servo-controls necessary to the stabilization of the laser field is developed and studied. The miniature optical components are meticulously aligned to guarantee noise reductions comparable to laboratory setups. A complete study of the optical power stabilization is made, revealing the electronic limitations at short-term and the thermal sensitivities of the setup at long-term. The use of a dual-frequency generator allows to validate the bench by obtaining the CPT spectroscopy on the D2 line of cesium in continuous and pulsed regime.A vertical-external-cavity surface-emitting laser (VECSEL) is implemented to generate the two optical frequencies necessary for the CPT interrogation. The design choices for the VECSEL, in particular to obtain the emission of two modes with strongly correlated and in-phase optical intensities, are detailed. The addition of elements in the cavity leads to additional losses and limits the emitted optical power. The emission of two polarization modes around 852 nm (and 895 nm) with a tunable frequency difference of a few gigahertz is obtained.The understanding of the correlations between the cavity eigenstates allows to model and optimize the reduction strategies of the laser noises. With in-phase intensity fluctuations, the stabilization of the optical power leads to similar noise reductions for both polarization modes, but limited by the amplitude of the correlations. Simultaneous control of the optical frequency as well as of the frequency difference between the modes is demonstrated for the first time using two electro-optical crystals integrated in the laser cavity.The contributions of the laser noises to the frequency instabilities of the future compact clock are estimated. The intensity and phase noises participate limits the stability to only a few 10^-13 at 1 s, in line with the targeted objectives.Le phĂ©nomĂšne de piĂ©geage cohĂ©rent de population (coherent population trapping, CPT) Ă fort contraste est particuliĂšrement prometteur pour le dĂ©veloppement dâune horloge atomique compacte et Ă haute stabilitĂ© de frĂ©quence. Une architecture dâhorloge compacte originale reposant sur un banc optoĂ©lectronique miniature et un laser Ă Ă©mission bifrĂ©quence bipolarisation est proposĂ©e.Un banc miniature, de volume infĂ©rieur Ă 10 L, regroupant les fonctions optiques et les asservissements nĂ©cessaires Ă la stabilisation du champ laser est dĂ©veloppĂ© et Ă©tudiĂ©. Les Ă©lĂ©ments optiques miniatures sont minutieusement alignĂ©s pour garantir des rĂ©ductions de bruit comparables aux montages de laboratoire. Une Ă©tude complĂšte de la stabilisation de puissance optique est faite, rĂ©vĂ©lant les limites dâorigines Ă©lectroniques sur les temps courts et les sensibilitĂ©s thermiques du montage sur les temps longs. Lâutilisation dâun gĂ©nĂ©rateur bifrĂ©quence permet de valider le banc en rĂ©alisant la spectroscopie CPT sur la raie D2 du cĂ©sium en fonctionnement continu et impulsionnel. Un laser Ă semi-conducteur Ă cavitĂ© Ă©tendue (de type vertical-external-cavity surface-emitting laser, VECSEL) est implĂ©mentĂ© pour gĂ©nĂ©rer les deux frĂ©quences optiques nĂ©cessaires Ă lâinterrogation CPT. Les choix de conception et de rĂ©alisation du VECSEL, en particulier pour obtenir lâĂ©mission de deux modes dont les intensitĂ©s sont fortement corrĂ©lĂ©es et en phase, sont dĂ©taillĂ©s. LâĂ©mission de deux modes de polarisation autour de 852 nm (et de 895 nm) avec une diffĂ©rence de frĂ©quence accordable de quelques gigahertz est obtenue. La comprĂ©hension des corrĂ©lations entre les Ă©tats propres de la cavitĂ© permet de modĂ©liser et dâoptimiser les stratĂ©gies de rĂ©duction des bruits du laser. Avec des fluctuations dâintensitĂ© en phase, la stabilisation de la puissance optique mĂšne Ă des rĂ©ductions similaires des bruits des deux modes de polarisation, mais limitĂ©es par lâamplitude des corrĂ©lations. Les asservissements simultanĂ©s dâune frĂ©quence optique ainsi que de la diffĂ©rence de frĂ©quence entre les modes sont dĂ©montrĂ©s pour la premiĂšre fois grĂące Ă lâutilisation judicieuse de deux cristaux Ă©lectro-optiques intĂ©grĂ©s dans la cavitĂ© laser.Les contributions des bruits du laser aux instabilitĂ©s de frĂ©quence de la future horloge sont estimĂ©es. Les bruits dâintensitĂ© et de phase radiofrĂ©quence participent majoritairement Ă limiter la stabilitĂ© Ă quelques 10^-13 Ă 1 s dâintĂ©gration, respectant les objectifs visĂ©s
Towards a compact cesium coherent population trapping clock : dual-frequency dual-polarization laser source and miniature optoelectronic bench
Le phĂ©nomĂšne de piĂ©geage cohĂ©rent de population (coherent population trapping, CPT) Ă fort contraste est particuliĂšrement prometteur pour le dĂ©veloppement dâune horloge atomique compacte et Ă haute stabilitĂ© de frĂ©quence. Une architecture dâhorloge compacte originale reposant sur un banc optoĂ©lectronique miniature et un laser Ă Ă©mission bifrĂ©quence bipolarisation est proposĂ©e.Un banc miniature, de volume infĂ©rieur Ă 10 L, regroupant les fonctions optiques et les asservissements nĂ©cessaires Ă la stabilisation du champ laser est dĂ©veloppĂ© et Ă©tudiĂ©. Les Ă©lĂ©ments optiques miniatures sont minutieusement alignĂ©s pour garantir des rĂ©ductions de bruit comparables aux montages de laboratoire. Une Ă©tude complĂšte de la stabilisation de puissance optique est faite, rĂ©vĂ©lant les limites dâorigines Ă©lectroniques sur les temps courts et les sensibilitĂ©s thermiques du montage sur les temps longs. Lâutilisation dâun gĂ©nĂ©rateur bifrĂ©quence permet de valider le banc en rĂ©alisant la spectroscopie CPT sur la raie D2 du cĂ©sium en fonctionnement continu et impulsionnel. Un laser Ă semi-conducteur Ă cavitĂ© Ă©tendue (de type vertical-external-cavity surface-emitting laser, VECSEL) est implĂ©mentĂ© pour gĂ©nĂ©rer les deux frĂ©quences optiques nĂ©cessaires Ă lâinterrogation CPT. Les choix de conception et de rĂ©alisation du VECSEL, en particulier pour obtenir lâĂ©mission de deux modes dont les intensitĂ©s sont fortement corrĂ©lĂ©es et en phase, sont dĂ©taillĂ©s. LâĂ©mission de deux modes de polarisation autour de 852 nm (et de 895 nm) avec une diffĂ©rence de frĂ©quence accordable de quelques gigahertz est obtenue. La comprĂ©hension des corrĂ©lations entre les Ă©tats propres de la cavitĂ© permet de modĂ©liser et dâoptimiser les stratĂ©gies de rĂ©duction des bruits du laser. Avec des fluctuations dâintensitĂ© en phase, la stabilisation de la puissance optique mĂšne Ă des rĂ©ductions similaires des bruits des deux modes de polarisation, mais limitĂ©es par lâamplitude des corrĂ©lations. Les asservissements simultanĂ©s dâune frĂ©quence optique ainsi que de la diffĂ©rence de frĂ©quence entre les modes sont dĂ©montrĂ©s pour la premiĂšre fois grĂące Ă lâutilisation judicieuse de deux cristaux Ă©lectro-optiques intĂ©grĂ©s dans la cavitĂ© laser.Les contributions des bruits du laser aux instabilitĂ©s de frĂ©quence de la future horloge sont estimĂ©es. Les bruits dâintensitĂ© et de phase radiofrĂ©quence participent majoritairement Ă limiter la stabilitĂ© Ă quelques 10^-13 Ă 1 s dâintĂ©gration, respectant les objectifs visĂ©s.The coherent population trapping (CPT) phenomenon with high contrast is particularly promising for the development of a compact and high frequency stability clock. An original compact clock architecture based on a miniature optoelectronic bench and a dual-polarization dual-frequency laser is proposed.A miniature bench (volume below 10 L) with the optical functions and the servo-controls necessary to the stabilization of the laser field is developed and studied. The miniature optical components are meticulously aligned to guarantee noise reductions comparable to laboratory setups. A complete study of the optical power stabilization is made, revealing the electronic limitations at short-term and the thermal sensitivities of the setup at long-term. The use of a dual-frequency generator allows to validate the bench by obtaining the CPT spectroscopy on the D2 line of cesium in continuous and pulsed regime.A vertical-external-cavity surface-emitting laser (VECSEL) is implemented to generate the two optical frequencies necessary for the CPT interrogation. The design choices for the VECSEL, in particular to obtain the emission of two modes with strongly correlated and in-phase optical intensities, are detailed. The addition of elements in the cavity leads to additional losses and limits the emitted optical power. The emission of two polarization modes around 852 nm (and 895 nm) with a tunable frequency difference of a few gigahertz is obtained.The understanding of the correlations between the cavity eigenstates allows to model and optimize the reduction strategies of the laser noises. With in-phase intensity fluctuations, the stabilization of the optical power leads to similar noise reductions for both polarization modes, but limited by the amplitude of the correlations. Simultaneous control of the optical frequency as well as of the frequency difference between the modes is demonstrated for the first time using two electro-optical crystals integrated in the laser cavity.The contributions of the laser noises to the frequency instabilities of the future compact clock are estimated. The intensity and phase noises participate limits the stability to only a few 10^-13 at 1 s, in line with the targeted objectives
Laser power stabilization of a compact dual-frequency VECSEL for a cesium clock optical bench
International audienc
Laser power stabilization of a compact dual-frequency VECSEL for a cesium clock optical bench
International audienc
An innovative laser bench for a high performance compact cesium CPT clock
International audienc
Asservissements de frĂ©quence et dâintensitĂ© dâun prototype de VECSEL bifrĂ©quence Ă 852 nm pour une horloge atomique CPT
International audienc
Stabilisation de puissance optique d'un VECSEL bifréquence pour une horloge CPT compacte
National audienc