Comment on "Prospect of optical frequency standard based on a 43Ca+ ion"

A recent evaluation of the frequency uncertainty expected for an optical frequency standard based on a single trapped $^{43}$Ca$^+$ ion was published in Phys. Rev. A {\bf 72} (2005) 043404. The paper contains some interesting information like systematic frequency shifts but fails to depict their uncertainty, leading to confuse accuracy and precision. The conclusions about the major contribution to the frequency shift are not consistent with the presented calculations and omit comparisons with data published previously

Long-term stabilization of the length of an optical reference cavity

To obtain a high degree of long-term length stabilisation of an optical reference cavity, its free-spectral range is locked by means of an accurate and stable frequency synthesizer. The locking scheme is twofold: a laser is locked on the N$^{th}$ mode of a reference Fabry-Perot cavity and part of the laser light is shifted in frequency to be in resonance with the (N+1)$^{th}$ mode of the cavity. This shift is generated by an acousto-optical modulator (AOM) mounted in a double-pass scheme, matching half of the free spectral range of the reference cavity. The resulting absolute stabilization of the length of the cavity reaches the 10$^{-11}$ level per second, limited by the lock transfer properties and the frequency stability of the AOM control synthesizer

Metastable level lifetimes from electron-shelving measurements with ion clouds and single ions

The lifetime of the 3d^2D_5/2-level in singly-ionized calcium has been measured by the electron-shelving technique on different samples of rf trapped ions. The metastable state has been directly populated by exciting the dipole-forbidden 4S_1/2 - 3D_5/2 transition. In ion clouds, the natural lifetime of this metastable level has been measured to be (1095+-27) ms. For the single-ion case, we determined a lifetime of (1152+-20) ms. The 1sigma-error bars at the 2%-level have different origins for the two kinds of experiments: data fitting methods for lifetime measurements in an ion cloud and control of experimental parameters for a single ion. De-shelving effects are extensively discussed. The influence of differing approaches for the processing of the single-ion quantum jump data on the lifetime values is shown. Comparison with recent measurements shows excellent agreement when evaluated from a given method

Some aspects of simulation and realization of an optical reference cavity

The interrogation of an ultra-narrow clock transition of a single trapped ion for optical frequency metrology requires a laser stabilized to a couple of Hz per second with a linewidth of the same order of magnitude. Today, lasers in the visible have reached the Hz-range in frequency stability, if locked onto a high-finesse, ultra-stable reference cavity. Vertical mounting of the reference cavity can reduce its sensitivity to vibrations as described in \cite{notcutt05}. We have designed a comparable vertical cavity with an overall length of 150 mm resulting in a Free Spectral Range of 1GHz. Optimisation of the cavity design has been carried out with a Finite-Elements Method, leading to expected relative length variations below 10$^{-14}$ under the influence of gravity acceleration (1 $g$). The variation of different geometric parameters has been studied. The analysis of the different noise sources shows that, for a regime superior to a tenth of a hertz, the fast linewidth of the laser will not be limited by the cavity characteristics.Comment: accepted for publication in Physical Review

Noise characterization of an Optical Frequency Comb using Offline Cross-Correlation

Using an offline cross-correlation technique, we have analyzed the noise behavior of a new type of optical frequency comb (OFC), which is carrier envelope offset (CEO) free by configuration, due to difference frequency generation. In order to evaluate the instrument's ultimate noise floor, the phase and amplitude noise of a stabilized OFC are measured simultaneously using two analog-to-digital converters. Carrier recovery and phase detection are done by post-processing, eliminating the need for external phase-locked loops and complex calibration techniques. In order to adapt the measurement noise floor and the number of averages used in cross correlation, an adaptive frequency resolution for noise measurement is applied. Phase noise results are in excellent agreement with measurements of the fluctuations of the repetition frequency of the OFC obtained from optical signal

Spectroscopie de l'atome d'hydrogène. Vers une mesure absolue de la fréquence de la transition 1S-3S.

The subject of this thesis is the 1S-3S two-photons transition frequency measurement in hydrogen. For that one needs a 205 nm radiation obtained from a titane-sapphire laser by two frequency doubling steps.The chapter 1 of this thesis deals with the scectroscopy of the hydrogen atom since the last twenty years. In the chapters 3 and 4 the experimental set-up is described in details. One can see in these parts that one of the important point of the work was devoted to the rise-up of the signal to noise ratio of the atomic signal.The second part of the thesis is the description and the realization of an original method to measure the second order Doppler shift for this experiment. Firstly, there is a theoretical description of the different effects which appear by the application of a magnetic field. Secondly, the realization and the measurement are described.Finally, the last chapter deals with the possible improvements which are necessary to lead to a measurement of the absolute frequency with an uncertainty better than 1 kHz.L'objet de cette thèse est l'amélioration d'un dispositif expérimental existant en vue d'une mesure absolue de la fréquence de la transition 1S-3S dans l'atome d'hydrogène au kilohertz près.Le premier chapitre de ce manuscrit commence par quelques rappels sommaires sur le calcul des niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène. Il se poursuit par la description de quelques expériences de spectroscopie de cet atome et par un bilan des déterminations actuelles de la constante de Rydberg et du déplacement de Lamb du niveau fondamental de l'atome d'hydrogène. Enfin, les motivations qui ont conduit à l'étude de la transition 1S-3S sont détaillées, ainsi que le schéma général de cette expérience.La description du montage expérimental est scindée entre les deuxième et troisième chapitre. Plus particulièrement, le chapitre 2 détaille les parties de l'expérience permettant de générer la radiation à 205 nm, nécessaire à l'excitation de la transition 1S-3S à deux-photons. Ainsi ce chapitre contient la description du laser titane-saphir, de ses asservissements et celle des deux cavités de doublage de fréquence. On y voit le rôle déterminant du second doublage de fréquence et les problèmes dus à un effet photoréfractif limitants pour cette expérience.Le troisième chapitre est consacré à la partie de l'expérience relative à l'observation du signal atomique, de sa détection et de son traitement tant électronique qu'informatique. Le quatrième chapitre regroupe les calculs et les mesures qui ont permis une première détermination du décalage Doppler du second ordre sur cette expérience. Les effets d'un champ magnétique appliqué et du champ électrique motionnel induit y sont détaillés, ainsi que les calculs relatifs à l'influence de ces effets sur la fluorescence à 656 nm (3S-2P) que nous détectons. Enfin, la mesure de la distribution de vitesse et la détermination expérimentale du décalage Doppler au second ordre sont commentées.Pour finir, le dernier chapitre de ce manuscrit aborde la mesure absolue de fréquence. On estime l'incertitude potentielle dans l'état actuel de l'expérience à environ 10 kHz. Les possibilités d'amélioration sont également regroupées dans ce chapitre

La transdisciplinarité ou l'art d'enseigner la chimie du bleu

International audienceCet article présente une nouvelle approche pédagogique de la synthèse des pigments bleus en replaçantcelle-ci dans son contexte historique. Dans l’enseignement classique de la chimie, la couleur est abordéesous l’angle de la structure des pigments. Cependant, nous pensons que l’intérêt de ces synthèses ne peutêtre pleinement compris sans connaître les nombreuses raisons (techniques, économiques, esthétiques…)qui furent à l’origine de leur développement. Notre idée clé est que si les étudiants sont à même decomprendre comment s’est constitué le domaine de la chimie, ils seront en mesure de porter un regardcritique sur son état actuel et d’en renouveler les méthodes dans le futur

Sciences et Humanités

Cet ouvrage apporte un témoignage, destiné principalement aux universitaires, sur la création, le fonctionnement, les orientations scientifiques et pédagogiques d'une formation expérimentale : la Licence "Sciences et humanités". Créée en 2012 par une trentaine d'enseignants et de chercheurs provenant de disciplines très variées (anthropologie, biologie, chimie, histoire, histoire de l'art, lettres, linguistique, mathématiques, neurosciences, philosophie, physique, sociologie...), cette licence tourne délibérément le dos à la division des deux cultures, scientifique et humaniste. Elle propose des programmes d'enseignement dans lesquels les disciplines sont subordonnées à l'approfondissement de cinq grands thèmes d'études : Figures du pouvoir ; Logique, langage, calcul ; Nature et culture ; Optique, vision, couleurs ; Systèmes du Monde. Ce projet ouvre une piste de réforme de l'enseignement universitaire qui va à contre-courant des orientations actuelles, et incite les universitaires à réfléchir à leur raison d'être