Micro-Horloge Atomique pour Systèmes de Télécommunication – MHAST

Dans les applications nécessitant des signaux de référence de haute stabilité et/ou de grande exactitude de
fréquence on a recours à des horloges atomiques. Ces étalons sont disponibles dans des versions
commerciales qui restent pour l'instant volumineuses, couteuses et qui nécessitent plusieurs Watt de puissance électrique. La réalisation de micro-horloges atomiques d'un volume de l'ordre de quelques cm3
et de faible consommation permettrait d'étendre considérablement leur champ d'applications. Les
premières applications visées concernent la synchronisation des réseaux de télécommunication et les
systèmes de navigation par satellites aussi bien dans le domaine civil que militaire. Il a été démontré que le
principe du piègeage cohérent de population (ou CPT Coherent Population Trapping) peut être mis à profit
pour construire une référence atomique d'un volume sub-centimétrique. Le coeur de l'horloge est constitué
d'une cellule micro-usinée contenant l'élément atomique (Césium ou Rubidium) dont la fréquence F0 de la
transition hyperfine constitue la référence. Le faisceau émis par une diode laser modulée en fréquence à
F0/2 permet de sonder la résonance atomique et d'extraire un signal d'erreur servant à asservir l'oscillateur
local à F0/2 qui délivre finalement le signal utilisable. Aux Etats-Unis, depuis déjà quelques années, la
DARPA a lancé un programme d'envergure sur ce thème. Un certain nombre de laboratoires universitaires
et privés ont bénéficié de financements conséquents et les avancés obtenues sont impressionantes. Des
premiers prototypes ont déjà été fabriqués démontrant des performances intéressantes. Des compagnies
industrielles sont très proches de commercialiser des horloges CPT même si des problèmes
technologiques et scientifiques subsistent. En France, la DGA et le CNES ont déclaré leur intérêt pour ce
type d'horloge. L'Institut FEMTO-ST et le SYRTE ont déjà bénéficié de financements modestes pour la
réalisation d'études préliminaires portant essentiellement sur la problématique de la micro-cellule. C'est
d'ailleurs dans ce cadre que l'Institut FEMTO-ST a réalisé des premières micro-cellules avec un procédé
technologique innovant pour lequel un dépôt de brevet est en cours. En effet, notre technologie doit
permettre d'obtenir des cellules de meilleure qualité que les procédés utilisés par nos concurrents et est
deplus beaucoup mieux adaptée à une fabrication de masse. L'objectif du projet proposé est d'accélerer la
réalisation en France d'un prototype pré-industrialisable en lançant des études concertées sur :
l'optimisation des paramètres de la micro-cellule, le laser à semi-conducteur et le packaging de l'ensemble
du résonateur atomique.