Stabilisation de fréquence des laser

Méthode de Pound-Drever-Hall

Principe de base à l’aide d’une cavité Fabry-Pérot

Cavité Fabry-Pérot

multiplicateur

LASER

Cellule de Pockels

Photodétecteur

Isolateur optique

Filtre passe bas

déphaseur

Isolateurde Faraday

Oscillateur

amplificateur

Le rôle de la cavité Fabry-Pérot

Phase du faisceau réfléchi => déduction de l’erreur en fréquence

Cavité Fabry-PérotIsolateur optique

Intensité réfléchie

fréquence

Solution : Mesure de la phase du coefficient de réfléxion :F(ω)=Eref/Einc Pref = |F(ω)Einc|²

phase

fréquence

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

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))

PhotodétecteurOscillateurV sin Ωt

Pref

Signaux d’erreur

Modulation lenteModulation rapide Proche résonance

ε ~ B Ω d|F|²/dωε ~ -4/π * √PsPc * δω/δν

Limitations : bruit quantique de la lumière Améliorations : Utilisation d’un laser NPRO

Les applications : quelques exemplesSystème utilisé en métrologie

Vélocimétrie par décalage doppler Détecteur d’ondes gravitationnelles

Physique atomique : spectroscopie à modulation de fréquence

Projet LISA Projet VIRGO