Stabilisation de fréquence des laser

1. Stabilisation de fréquence des laser Méthode de Pound-Drever-Hall

2. Cavité Fabry-Pérot Isolateur de Faraday Cellule de Pockels Isolateur optique LASER Oscillateur Photodétecteur déphaseur Filtre passe bas multiplicateur Principe de base à l’aide d’une cavité Fabry-Pérot amplificateur

3. Solution : • Mesure de la phase du coefficient de réfléxion : F(ω)=Eref/Einc Pref = |F(ω)Einc|² Cavité Fabry-Pérot Isolateur optique Intensité réfléchie phase fréquence fréquence Le rôle de la cavité Fabry-Pérot Phase du faisceau réfléchi => déduction de l’erreur en fréquence

4. Le rôle de la cellule de Pockels Mesure de la phase par interférences Modulation de phase avec cellule de Pockels : • 3 faisceaux : un faisceau principal de fréquence ω et deux sidebands (composantes latérales de fréquences) de fréquences ω+ Ω et ω-Ω. • Interférences entre les trois faisceaux : Pref = A + B(Re(X)cos Ωt+Im(X)sin Ωt)+termes en 2 Ω Où X=F(ω)F*(ω+Ω)-F*(ω)F(ω-Ω) termes représentant les interférences entre les faisceaux

5. Oscillateur V sin Ωt Photodétecteur Pref Le rôle du multiplicateur et du filtre passe bas Multiplication du signal détecté par le photodétecteur et du signal de référence : Pref * sin Ωt = Asin Ωt + B(Re(X) (sin Ωt)²+Im(X) cos Ωt sin Ωt) + termes en 2 Ω Or (sin Ωt)²=1/2-1/2 cos 2Ωt et cos Ωt sin Ωt= -1/2 sin 2Ωt Récupération du signal continu avec le filtre passe bas : => Pref ~ B Re(F(ω)F*(ω+Ω)-F*(ω)F(ω-Ω))

6. Signaux d’erreur Modulation rapide Proche résonance Modulation lente ε ~ -4/π * √PsPc * δω/δν ε ~ B Ω d|F|²/dω • Limitations : bruit quantique de la lumière • Améliorations : Utilisation d’un laser NPRO

7. Les applications : quelques exemples Système utilisé en métrologie • Vélocimétrie par décalage doppler • Détecteur d’ondes gravitationnelles • Physique atomique : spectroscopie à modulation de fréquence Projet LISA Projet VIRGO