Le fonctionnement de la fontaine PHARAO n´ecessite de g´en´erer deux si-gnaux `a 9,192... GHz pour alimenter les cavit´es micro-onde. Nous pr´esentons dans ce paragraphe les sch´emas de principe des deux chaˆınes de synth`ese, verrouill´ees en fr´equence sur un maser `a hydrog`ene. Le signal qu’il d´elivre est ´egalement distribu´e aux autres horloges du laboratoire. Nous d´ecrivons ensuite le fonctionnement d’un interrupteur micro-onde qui nous a ´et´e utile pour l’´evaluation de l’exactitude de l’horloge.
2.4. LA SYNTH `ESE MICRO-ONDE S w i t c h D i v / 1 0 V . C . A t t . M A S E R 9 , 1 9 2 6 3 1 7 7 0 G H z 2 6 , 3 1 7 7 0 0 M H z B V A 1 0 0 M H z D R O 9 , 2 0 2 6 3 1 7 7 0 G H z - 1 2 0 d B D i v / 1 0 1 0 0 M H z S y n t h é t i s e u r X 9 2 S S B T T L
Fig. 2.10 – La chaˆıne de synth`ese d’interrogation
2.4.1 La chaˆıne de synth`ese d’interrogation
Le principe de la chaˆıne de synth`ese micro-onde d’interrogation est sch´ ema-tis´ee sur la figure 2.10. Un signal `a 100 MHz, provenant du maser `a hydrog`ene, sert de r´ef´erence. Apr`es une division par 10, une premi`ere partie de ce signal asservit en phase un quartz BVA `a 10 MHz. La constante de temps de la boucle est de l’ordre de la seconde. Apr`es la travers´ee d’un ´etage de mul-tiplication par 10, puis par 92, le signal de sortie du quartz est m´elang´e `
a celui d’un oscillateur `a r´esonateur di´electrique (DRO). Un synth´etiseur de fr´equence (HP 3225B), d’une r´esolution de 1 mHz et pilot´e par un ordinateur (port GPIB), fournit, apr`es division par 10, un signal `a 2,631 770 MHz. Ce signal est m´elang´e avec ceux du quartz et du DRO. Le battement r´esultant verrouille en phase le DRO `a la fr´equence de 9,202 631 770 GHz. Le der-nier ´etage de la synth`ese micro-onde est constitu´e du m´elange de la sortie du DRO avec une seconde partie du signal `a 10 MHz dans un m´elangeur `a bande lat´erale unique (SSB). Ce composant apporte une att´enuation de 25 dB sur la porteuse et sur la bande lat´erale `a 9,212... GHz. Le signal `a 9,192 631 770 GHz traverse ensuite un att´enuateur contrˆolable en tension. L’accord de la fr´equence d’interrogation s’effectue par l’interm´ediaire du synth´etiseur HP, d´ecalant celle du DRO. Pour synchroniser compl`etement la synth`ese,
l’oscil-Entrée 9.192...GHz Sortie 9.192...GHz TTL Attenuateur Switch micro-onde Déphaseur
Fig. 2.11 – L’interrupteur interf´erom´etrique
lateur du synth´etiseur est ´egalement verrouill´e en fr´equence sur le maser. Le signal peut ˆetre ´eteint par deux interrupteurs RF, pilot´es par un signal TTL, mont´es en s´erie sur le signal `a 10 MHz en amont du SSB. Ils procurent une att´enuation de 60 dB. L’avantage de ce sch´ema est de limiter le d´ephasage occasionn´e par l’ouverture de l’interrupteur. Les composants `a 10 MHz ont en effet des transitoires inf´erieurs `a ceux fonctionnant dans le domaine micro-onde. L’avantage le plus important provient du fait que la fr´equence de travail est inf´erieure d’un facteur∼ 1000, par rapport `a celle du signal micro-onde.
La sensibilit´e de phase due aux transitoires est donc r´eduite du mˆeme facteur pour le signal issu du m´elange dans le SSB.
2.4.2 L’interrupteur micro-onde interf´erentiel
Un second interrupteur a ´et´e mis au point pour am´eliorer l’extinction de la micro-onde d’interaction. Le probl`eme des interrupteurs micro-onde com-merciaux est de provoquer des d´ephasages importants (∼ 10−4 rad),
princi-palement `a leur ouverture. Leur utilisation directe en sortie de la chaˆıne d’in-terrogation est donc d´elicate. Ils peuvent en effet provoquer des d´eplacements de fr´equence de l’ordre de 10−14.
Pour contourner ce probl`eme, un interrupteur bas´e sur un interf´erom`etre de Mach-Zehnder a ´et´e construit (figure 2.11). Un att´enuateur et un d´ephaseur variables, plac´es sur un des bras, optimisent l’interf´erence sur un minimum d’intensit´e. L’att´enuation mesur´ee est de 60 dB. Un interrupteur micro-onde commercial, pilot´e par une entr´ee TTL, permet d’ouvrir ce bras et ainsi de d´etruire l’interf´erence. La micro-onde se trouve alors uniquement transmise par l’autre bras. L’originalit´e de ce dispositif est donc d’´eteindre la micro-onde `a la fermeture de l’interrupteur.
2.4. LA SYNTH `ESE MICRO-ONDE 9,192 631 770 GHz 7,368 230 MHz Synthétiseur TTL BVA 10 MHz Switch Switch X 92 X 10 SSB MASER 100 MHz
Fig. 2.12 – La chaˆıne de pr´eparation
2.4.3 La chaˆıne de pr´eparation
La micro-onde de pr´eparation (voir figure 2.12) est g´en´er´ee `a partir d’un quartz BVA `a 10 MHz. Le signal traverse d’abord un ´etage de multiplication par 10. Une partie est ensuite m´elang´ee `a un signal `a 100 MHz provenant du maser `a hydrog`ene. Le battement r´esultant permet l’asservissement en phase du quartz, avec une constante de temps de quelques secondes. L’autre par-tie, apr`es travers´ee d’un interrupteur, est multipli´ee par 92, puis transmise `
a l’une des entr´ees d’un m´elangeur `a bande lat´erale unique. L’autre entr´ee de ce composant est aliment´ee par un signal `a 7,368 230 MHz fourni par un synth´etiseur de fr´equence commercial. Un second interrupteur est plac´e en sortie du synth´etiseur. Les deux interrupteurs, contrˆol´es par une mˆeme com-mande TTL coupent la g´en´eration de la micro-onde de pr´eparation lorsque les atomes ne se trouvent pas dans la cavit´e de s´election. L’att´enuation de chaque interrupteur ´etant pour chacun de 60 dB, la coupure maximale est de 120 dB. Ce syst`eme permet d’exclure tout d´eplacement de fr´equence d’hor-loge caus´e par d’´eventuelles fuites micro-onde de la cavit´e de s´election.