Nous avons vu dans le chapitre précédent que notre laser était asservi en verrouillant une bande latérale sur le rubidium 85, tout en ayant sa porteuse à résonance avec le rubidium 87. Pour réaliser le verrouillage de notre système laser, tout en conservant un comportement dy-namique, nous utilisons un modulateur de phase dans la boucle d'asservissement de ce dernier. Ce modulateur de phase génère la bande latérale laser à 1070 MHz permettant de verrouiller le laser sur le rubidium 85. En modi ant la fréquence appliquée sur ce dernier, nous pouvons ainsi modi er la fréquence de la porteuse du laser et adresser les fonctions désirées (détection, pousseur, refroidissement et désaccord Raman). Pour réaliser toutes ces fonctions, la fréquence de modulation doit aller jusqu'à 2 GHz pour obtenir un désaccord Raman de l'ordre de 1 GHz.
6.2.1 Structure générale du rack hyperfréquence pour
l'asservisse-ment laser
Pour répondre aux contraintes énoncées précédemment, nous avons mis en place la chaîne hyperfréquence maître ( gure 6.6). Celle-ci utilise comme source un VCO Mini-Circuit ZX95-2150VW+ qui permet de générer des fréquences allant de 0,9 à 2,1 GHz, pour une gamme de tension de 0,5 à 25 V. Le signal généré est ensuite ampli é par l'ampli cateur Mini-Circuit ZJL-7G+, d'un gain de 10 dB, saturé à 9 dBm. Pour l'ensemble de nos montages hyperfréquences, la plupart des ampli cateurs seront en régime saturés a n de limiter les uctuations de puissance amont. Le signal est ensuite divisé en deux par un "splitter" : une partie sera directement utilisée sur le modulateur de phase de l'asservissement, l'autre partie sera mélangée avec une autre source pour générer la fréquence repompeur. Ensuite, un ampli cateur Mini-Circuit ZFL-2500VH+, de gain 20 dB, saturé à 25,5 dBm, est installé pour avoir le niveau de puissance nécessaire au fonctionnement du modulateur de phase.
VCO 1-2 GHz Ampli Splitter Ampli Atténuateur Modulateur de phase 1 fréq fréq Laser à 1,5 µm
Vers chaîne repompeur Tension de
commande
Figure 6.6 Structure de la chaîne hyperfréquence réalisant la fréquence maître.
La puissance micro-onde injectée dans le modulateur de phase détermine le rapport de puis-sance dans les raies laser générées. Pour notre asservissement, nous désirons avoir le maximum de puissance dans l'ordre 1 du laser en résonance avec le rubidium. A n d'optimiser notre signal
6.2. SYSTÈME HYPERFRÉQUENCE POUR L'ASSERVISSEMENT EN FRÉQUENCE DU LASER À FIBRE d'absorption saturée, un atténuateur de 8 dB a été installé en sortie de chaîne a n de réduire au minimum la puissance de la porteuse laser.
Cette chaîne hyperfréquence est pilotée par le séquenceur PXI qui lui envoie des signaux analogiques compris entre -10 et +10 V. Il a donc fallu créer un montage électronique ( gure 6.7) pour adapter les plages de tensions accessibles, à celles prévues pour le VCO.
Séquenceur + Séquenceur -Anti Glitch + Adaptation de tension Sommateur Modulation 44 kHz Tension VCO
Figure 6.7 Structure de l'électronique contrôlant la fréquence de la chaîne maître.
Ainsi en xant la voie "séquenceur -" à -10 V, et en faisant varier la voie "séquenceur +" entre -10 et +10 V, on obtient une plage de tension V+ - V− = [0 : 20] V. La consigne diérentielle permet de rejeter des eets communs aux deux voies. L'étage d'adaptation de tension permet d'obtenir la plage de tension [0 : 25] V pour le VCO.
Le séquenceur génère régulièrement des pics de tension de 2 µs à une fréquence de 40 kHz ("glitchs"). Ces pics de tension du séquenceur vont être convertis par le VCO en pics de fréquence, qui vont par la suite provoquer des variations de fréquence sur le laser. Des étages de ltrages ont donc été mis en place sur chacune des voies du séquenceur pour supprimer ces défauts.
En n, pour verrouiller notre laser, nous utilisons une détection synchrone à 44 kHz. Le signal modulé, que l'on détecte, provient de la bande latérale générée par le modulateur de phase. Pour réaliser la modulation sur le laser, nous avons donc ajouté, en sortie de chaîne électronique, un étage de sommation qui va ajouter, à la consigne en tension du VCO, la modulation à 44 kHz.
6.2.2 Mesures des caractéristiques du système hyperfréquence pour
l'asservissement du laser à bre
Le VCO utilisé pour la chaîne maître nous permet de dé nir les fréquences laser refroidisseur, détection, pousseur et le désaccord Raman du laser à bre, en fonction de la fréquence que nous injectons dans le modulateur de phase. Cette fréquence permet de régler le désaccord laser, et celui-ci doit être dé ni précisément pour que les raies laser associées puissent interagir avec les bonnes transitions du rubidium, en fonction des étapes de la séquence de mesure.
Ainsi, la source hyperfréquence utilisée doit être su samment stable dans le temps. Dans notre cas, nous avons mesuré la fréquence du VCO, pour une consigne en tension donnée, sur une durée de 2 heures ( gure 6.8). La fréquence mesurée varie autour de 1070,45 MHz, avec une amplitude extrémale de 156 kHz. Ces variations sont négligeables devant la largeur naturelle du niveau excité du rubidium (6 MHz), ce qui nous permet de valider la stabilité de notre VCO. La stabilité du VCO étant véri ée, il faut maintenant le caractériser pour dé nir précisément la tension à appliquer pour obtenir la fréquence de 1070 MHz. Pour cela nous avons relevé, à l'aide d'un analyseur de spectre électronique, la fréquence générée par notre chaîne micro-onde en fonction de la tension générée par le PXI sur l'entrée "séquenceur +", l'entrée "séquenceur -" étant xée à -10 V ( gure 6.9).
0 2000 4000 6000 8000 1070,38 1070,40 1070,42 1070,44 1070,46 1070,48 1070,50 1070,52 1070,54 1070,56 F r é q u e n ce ( M H z) Temps (s) 156 kHz
Figure 6.8 Stabilité en fréquence, sur une durée de 2 heures, du VCO générant la fréquence maître.
-10 -5 0 5 10 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 Dét Pous MOT F r é q u e n ce V C O ( G H z)
Tension Séquenceur (+) du VCO (V) Raman
Figure 6.9 Caractérisation de la fréquence générée par le VCO en fonction de la tension appliquée par le PXI. Dét : Détection, Pous : Pousseur.
Ainsi, en appliquant une consigne de - 7,5 V sur l'entrée "séquenceur +" du VCO, on obtient bien la fréquence nécessaire à l'asservissement du laser. Avec une consigne d'environ - 9 V, le
6.2. SYSTÈME HYPERFRÉQUENCE POUR L'ASSERVISSEMENT EN FRÉQUENCE DU LASER À FIBRE laser est placé en résonance avec l'état excité F' = 3 du rubidium 87, permettant ainsi d'obtenir les lasers de détection et pousseur. Pour réaliser un désaccord laser de 1 GHz dans le rouge, pour le Raman, on génère une fréquence de 2 GHz avec le VCO, en appliquant la tension de 6 V sur l'entrée "séquenceur +". On constate une saturation du VCO à environ 2 GHz au delà d'une consigne de 6 V. Nous resterons donc à cette limite pour réaliser les sauts Raman.
La caractérisation globale de la chaîne hyperfréquence participant à l'asservissement du laser à bre est maintenant achevée. La stabilité du VCO et l'identi cation des points de fonction-nements permettent au système de remplir toutes les conditions pour garantir le verrouillage du laser à bre sur le rubidium 85, tout en conservant une porteuse accordable pour obtenir les fréquence MOT, détection, pousseur et le désaccord Raman.