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Theses Year : 2003

Development of solid state lasers for the realization of an optical clock based on the silver atom

Développement de sources lasers à l'état solide pour la réalisation d'une horloge optique basée sur l'atome d'argent

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Abstract

This work deals with the
development of an clock based on a two-photon transition in Ag at
661 nm, whose natural width is about 1 Hz. To take advantage of
the quality factor of the resonance, it will be necessary to use
laser-cooled atoms, the required wavelength being 328 nm. This
thesis describes the design and construction of solid-state lasers
allowing one to simplify the present apparatus. Diode-pumped
Nd:YLF crystals enable one to generate both 1322 and 1312 nm.
The second harmonic of the former will provide 661 nm while twice
frequency doubling the later will yield 328 nm. We have developed
a theoretical model including thermal effects and Auger
recombination in order to design several prototype configurations
(linear, twisted mode and re-injected ring cavities). Using the
last of these, we have built single-mode c.w. lasers at both 1312
and 1322 nm with outputs of up to 2 W. By intra-cavity frequency
doubling therewith, we have obtained 440 mW at 661 nm and 340 mW
at 656 nm. In addition, we have evaluated transition probabilites
using the Cowan codes, both to estimate two-photon excitation
rates and calculate the lifetime of the metastable level, hitherto obtained by comparison
with an analogous transition in Hg+.
Ce travail de thèse s'inscrit dans
le cadre du développement d'une horloge optique basée sur une
transition à deux photons de 661 nm de l'Ag de largeur naturelle
~1 Hz. Afin de profiter du facteur de qualité de la
résonance, il faudra travailler sur un échantillon d'atomes
refroidis par laser, la longueur d'onde nécessaire étant de 328
nm. Ce mémoire concerne plus précisément la mise au point de
sources lasers solides pour améliorer la fiabilité de l'expérience
actuelle. Le cristal laser de Nd:YLF, pompé par diode laser,
permet d'accéder aux longueurs d'onde 1322 nm et 1312 nm. Le
doublage en fréquence de la première source fournira la radiation
à 661 nm tandis que deux étapes de doublage permettront d'obtenir,
à partir des photons à 1312 nm, une onde à 656 nm puis
une onde à 328 nm. Nous avons développé un modèle théorique, tenant
compte des effets thermiques et notamment des processus de
recombinaison Auger, afin de dimensionner différentes
configurations laser à tester (cavité linéaire, à mode hélicoïdal,
cavité en anneau réinjectée). Grâce à la dernière, nous avons
réalisé des sources continues, monomodes, d'environ 2 W, à 1322
nm et à 1312 nm. Ces cavités se prêtant au doublage de fréquence,
nous avons obtenu des puissances de 440 mW à 661 nm et 340 mW à
656 nm. Par ailleurs, une étude théorique des probabilités de
transition de l'atome d'argent à l'aide des codes de Cowan a été
entreprise, afin d'une part de chiffrer l'ordre de grandeur de la
puissance laser nécessaire et d'autre part, d'estimer la durée de
vie du niveau métastable, jusqu'alors obtenue
uniquement par comparaison
avec une transition quadrupolaire de l'ion mercure.
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Dates and versions

tel-00005897 , version 1 (14-04-2004)

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  • HAL Id : tel-00005897 , version 1

Cite

Yann Louyer. Développement de sources lasers à l'état solide pour la réalisation d'une horloge optique basée sur l'atome d'argent. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Conservatoire national des arts et metiers - CNAM, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00005897⟩
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