25ème anniversaire de la redéfinition du mètre

25ème anniversaire de la redéfinition du mètre

50ème anniversaire de l’invention du laser

50ème anniversaire de l’invention du laser

Le mètre aujourd’hui: fondements historiques,

scientifiques et technologiques

Christian J. Bordé et Marc Himbert

1852-1931

Albert Abraham Michelson

Nobel Prize in Physics 1907« For his optical precision instruments

and the spectroscopic and metrological investigations carried out with their aid »

1960Le mètre est la longueur égale à 1 650 763,73 longueurs d'onde

dans le vide de la radiation correspondant à la transition entre les niveaux 2p10 et 5d5

de l'atome de krypton 86.

g

LASER A CO2

Ch. Bordé 1967

Jan Hall

Dick Barger~1972

Saturated absorptionin methane

1968

“Working with the methane-stabilized

HeNe Laser at 3392 nm”

Poorman Relief Mine, Colorado, 1969

3.39 μm tunable Laser locked to 30 m Cavity

CH4–stabilized HeNe 3.39 μm Laser

HeNe fringesAt 3.39 μm

Krypton fringesAt 605.7 nm

4 x10-9 in 300 s

APL 22, 196 (1973)

Diamètre du fil de tungstène 0,025 mm

Mesure des fréquences optiques

Diode MIM

Mesure des fréquences optiques

Ca Frequency Standard455 986.240 494 283 GHz

Cs Frequency Standard9.192 631 77 GHz

Quartz Oscillator100 MHz

PLL @ 7 MHz

PLL @ 63 MHzFemtosecond Laser&

Microstructure Fiber

LBO

Counter

Counter

(frep lock)(ceo)

Ca

Conventional chain: Peigne Femtoseconde:

Hydrogen Maser

Ali Javan

17 Novembre 2008

Comité Science et métrologie

c=299792458 m/s17ème CGPM (1983) Adoption d’une valeur précise pour la vitesse de la lumière dans le vide:

« Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299792458 de seconde»d’où la nécessité de réaliser pratiquement le mètre au moyende lasers stabilisés en fréquence et asservis sur des transitionsatomiques ou moléculaires.

Mesure de la vitesse de la lumière et redéfinition du mètre

Par mesure de la fréquence d’un laser à He Ne asservi sur uneraie d’absorption saturée du méthane, par rapport à l’horloge à Césium, et de la longueur d’onde de ce laser par comparaison interférométrique avec une lampe à Krypton (1972) :

Transit-time Increase, with Big Beams

Recoil-induced splitting of hfs Lines (CH4)

Hall, Bordé, Uehara, PRL 37,1339 (1976)

17 Novembre 2008

Comité Science et métrologie

Optical clock with cold 40Ca atomsOptical clock with cold 40Ca atoms

1S0

3P1

657 nmCa = 456 THz)320 Hz: Q 1012

423 nm = 2·108/s

1P1

Cooling

Clock

expanding ensemble of neutral Ca atoms 3 ·107 atoms at 3 mK

expanding ensemble of neutral Ca atoms 3 ·107 atoms at 3 mK

Today: 12 μK (Compte Rendus Physique,Special Issue on Fundamental Metrology October 2004)

17 Novembre 2008

Comité Science et métrologie

(a)

(b)

Sphere

Sphere

Flat etalonFlat etalon

Flat etalonFlat etalon

(d)

(c)

Sphere

Sphere

Flat etalonFlat etalon

Fizeau lensesFizeau lenses

NMIJ PTB

NMI-A

NMIJ

IMGC

PTB

Volume measurement by optical interferometryDifferent types of interferometers

analyzer

splittermirror

incident x-ray

transmission

diffraction

displacement

x

silicon single-crystal

Principle of lattice spacing measurement by x-ray interferometer

VIRGO (Cascina)

LASER INTERFEROMETER SPACE ANTENNA

LISA

6 millions de kilomètresà la limite quantique!