Dissertations / Theses on the topic 'Frequency stabilisation'

Optical frequency standards are necessary tools for accurate measurement of time and length. In practice these standards are stabilised laser systems locked to a known frequency reference. These references are typically the resonant frequencies of the atoms of an absorption medium that have been theoretically calculated to a high degree of accuracy. This thesis describes a combination of experimental and theoretical research performed on modulation transfer spectroscopy (MTS)--a technique used to frequency stabilise a laser in order to produce an accurate frequency reference--with emphasis placed on developing techniques and procedures to overcome the limitations found in existing MTS stabilised laser systems. The focus of the thesis is to generate a highly accurate frequency reference by researching the system parameters that will increase the signal to noise ratio and improve the accuracy of the reference through refinement of the signal structure. The early theoretical interpretation of MTS was effectively a low absorption approximation that occurs at low pressures. This approximation ignores the depletion of beam energy through absorption and is a distinct limitation of the theoretical model in its ability to accurately predict the influence of a range of system parameters on signal strength and structure. To overcome this limitation a 3-D (or volumetric) analysis was developed and is presented here for the first time. This volumetric model is a measure of two depleted beams interacting collinearly in an absorbing medium of iodine and is described to accurately predict the signal maximum as a function of pressure for all wavelengths. This model was found to be more accurate in predicting the influence of system parameters on the signal strength and structure, including that of pump beam intensity, pressure, saturation parameter, cell length and modulation parameters. The volumetric model is a novel approach to MTS theory but is more complex computationally than the traditional low pressure model and therefore more difficult to implement in many situations. To overcome this problem a hybrid model was developed as a combination of the low pressure and volumetric models. The comparison between the rigorous volume model and the hybrid model indicate that there is a deviation in the signal strength at high pressures. However, the agreement was very good in the pressure regimes that are commonly used to realise actual frequency references. Comparison of the hybrid model to experimental data was performed over a range of different wavelengths (532 nm, 543.5 nm, 612 nm and 633 nm) and found to be in close agreement. This gives confidence in the model to accurately predict signal strength and structure in any situation. Three mechanisms have been identified that limit the accuracy of frequency references due to the creation of residual amplitude modulation (RAM) where it shifts the frequency of the reference. The influence of RAM is included in the hybrid model as a ratio of the amplitude modulated and frequency modulated components of the saturating beam. These RAM production mechanisms result from the modulation of the saturating beam, the overlap of the beams in the medium, and the differential absorption of the sidebands in the medium. While the first mechanism has been previously reported the latter two are discussed here in detail for the first time. RAM generated by the modulators used (acousto-optic or electro-optic modulators) was typically of the order of 10% to 12%, depending on the excursion of the created sidebands. RAM generated by an asymmetric beam overlap with the modulators used was found to be as large as 30%. A combination of these two independent mechanisms can be used to provide a "RAM-free" state of the system by using one to cancel the effects of the other. The third RAM generation process--medium induced RAM--is difficult to remove but through a careful combination of absorption related parameters--namely, pump intensity, cell length, pressure and detector phase--the effects of RAM can be removed, leading to a distortion free MTS signal. Further investigation into the predictions provided by the hybrid model shows that there is a complex relationship between cell length and the optimum pressure required for maximum signal strength, such that longer cell lengths will not necessarily improve the signal strength. This is contrary to conventional thinking and is important in the MTS design process to reduce unnecessary costs and improve the signal to noise ratio and frequency accuracy. Optimisation of frequency stabilised laser systems using MTS are generally performed using trial and error. Comparison of these optimum parameter values to those predicted by the hybrid model show that for popular wavelengths such as 532 nm they are similar. In addition, the hybrid model is able to predict the frequency shifts that arise within the system parameters used and has shown that existing systems being used at 532 nm, 633 nm and 778 nm could improve their signal to noise ratio and accuracy through a variation in the parameters. A methodology based on the hybrid model is presented that can be used to calculate the optimum parameters for maximum signal strength and a "RAM-free" state for any wavelength. This systematic approach can therefore be used to guide the design of actual frequency stabilised laser systems prior to and during the design process.

Optical frequency standards are necessary tools for accurate measurement of time and length. In practice these standards are stabilised laser systems locked to a known frequency reference. These references are typically the resonant frequencies of the atoms of an absorption medium that have been theoretically calculated to a high degree of accuracy. This thesis describes a combination of experimental and theoretical research performed on modulation transfer spectroscopy (MTS)--a technique used to frequency stabilise a laser in order to produce an accurate frequency reference--with emphasis placed on developing techniques and procedures to overcome the limitations found in existing MTS stabilised laser systems. The focus of the thesis is to generate a highly accurate frequency reference by researching the system parameters that will increase the signal to noise ratio and improve the accuracy of the reference through refinement of the signal structure. The early theoretical interpretation of MTS was effectively a low absorption approximation that occurs at low pressures. This approximation ignores the depletion of beam energy through absorption and is a distinct limitation of the theoretical model in its ability to accurately predict the influence of a range of system parameters on signal strength and structure. To overcome this limitation a 3-D (or volumetric) analysis was developed and is presented here for the first time. This volumetric model is a measure of two depleted beams interacting collinearly in an absorbing medium of iodine and is described to accurately predict the signal maximum as a function of pressure for all wavelengths. This model was found to be more accurate in predicting the influence of system parameters on the signal strength and structure, including that of pump beam intensity, pressure, saturation parameter, cell length and modulation parameters. The volumetric model is a novel approach to MTS theory but is more complex computationally than the traditional low pressure model and therefore more difficult to implement in many situations. To overcome this problem a hybrid model was developed as a combination of the low pressure and volumetric models. The comparison between the rigorous volume model and the hybrid model indicate that there is a deviation in the signal strength at high pressures. However, the agreement was very good in the pressure regimes that are commonly used to realise actual frequency references. Comparison of the hybrid model to experimental data was performed over a range of different wavelengths (532 nm, 543.5 nm, 612 nm and 633 nm) and found to be in close agreement. This gives confidence in the model to accurately predict signal strength and structure in any situation. Three mechanisms have been identified that limit the accuracy of frequency references due to the creation of residual amplitude modulation (RAM) where it shifts the frequency of the reference. The influence of RAM is included in the hybrid model as a ratio of the amplitude modulated and frequency modulated components of the saturating beam. These RAM production mechanisms result from the modulation of the saturating beam, the overlap of the beams in the medium, and the differential absorption of the sidebands in the medium. While the first mechanism has been previously reported the latter two are discussed here in detail for the first time. RAM generated by the modulators used (acousto-optic or electro-optic modulators) was typically of the order of 10% to 12%, depending on the excursion of the created sidebands. RAM generated by an asymmetric beam overlap with the modulators used was found to be as large as 30%. A combination of these two independent mechanisms can be used to provide a "RAM-free" state of the system by using one to cancel the effects of the other. The third RAM generation process--medium induced RAM--is difficult to remove but through a careful combination of absorption related parameters--namely, pump intensity, cell length, pressure and detector phase--the effects of RAM can be removed, leading to a distortion free MTS signal. Further investigation into the predictions provided by the hybrid model shows that there is a complex relationship between cell length and the optimum pressure required for maximum signal strength, such that longer cell lengths will not necessarily improve the signal strength. This is contrary to conventional thinking and is important in the MTS design process to reduce unnecessary costs and improve the signal to noise ratio and frequency accuracy. Optimisation of frequency stabilised laser systems using MTS are generally performed using trial and error. Comparison of these optimum parameter values to those predicted by the hybrid model show that for popular wavelengths such as 532 nm they are similar. In addition, the hybrid model is able to predict the frequency shifts that arise within the system parameters used and has shown that existing systems being used at 532 nm, 633 nm and 778 nm could improve their signal to noise ratio and accuracy through a variation in the parameters. A methodology based on the hybrid model is presented that can be used to calculate the optimum parameters for maximum signal strength and a "RAM-free" state for any wavelength. This systematic approach can therefore be used to guide the design of actual frequency stabilised laser systems prior to and during the design process.

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1991.
Includes bibliographical references (leaves 80-82).
by John Scott Young.
M.S.

Wasserdampf in der Stratosphäre und Troposphäre ist eines der wichtigsten atmosphärischen Treibhausgase. Neben seiner Bedeutung für das Klima hat es großen Einfluss auf die Bildung von polaren stratosphärischen Wolken sowie auf die atmosphärische Chemie. Weltweit erstmalig soll innerhalb eines Forscherverbundes in Deutschland ein leistungsstarkes, mobiles, abtastendes Wasserdampf-DIAL zur dreidimensional hochaufgelösten Messung des atmosphärischen Wasserdampfs entwickelt werden. Mit dem Wasserdampf-DIAL können Wasserdampfkonzentrationen in der Atmosphäre mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung gemessen werden. Das DIAL basiert auf einem Titan-Saphir-Laser oder einem dazu alternativen OPO-Laser (optisch parametrischer Oszillator). Der für das optische Pumpen dieser Laser nötige Pumplaser wurde im Rahmen dieser Arbeit in der Arbeitsgruppe Nichtlineare Optik des Instituts für Physik der Universität Potsdam entwickelt. Ein hochauflösendes, mobiles DIAL erfordert einen Pumplaser mit großen Pulsenergien, guter Strahlqualität und einer hohen Effizienz. Um diese Ziele zu erreichen, wurde ein MOPA-System (Master Oscillator Power Amplifier) mit Frequenzstabilisierung auf der Basis von doppelbrechungskompensierten, transversal diodengepumpten Laserstäben entwickelt und untersucht. Auf dem Weg dahin wurden unterschiedliche Realisierungsmöglichkeiten des MOPA-Systems geprüft. Im Rahmen dessen wurden die Festkörperlasermaterialien Yb:YAG [1], kerndotierte Nd:YAG-Keramik [2] und herkömmliches Nd:YAG vorgestellt und hinsichtlich ihrer Eignung für dieses MOPA-System untersucht. Nachdem die Entscheidung für Nd:YAG als laseraktives Material gefallen war, konnte darauf aufbauend die Konzeptionierung des Lasersystems auf der Basis von Verstärkungsrechnungen vorgenommen werden. Die entwickelte Verstärkungsrechnung trägt den Tatbeständen von realen Systemen Rechnung, indem radiusabhängige Intensitäten und eine radiale, nicht homogene Inversionsdichte berücksichtigt werden. Die Frequenzstabilisierung des gepulsten Oszillators (Frequenzstabilität von 1 MHz) wurde mittels des Pound-Drever-Hall-Verfahrens vorgenommen. Mit der Heterodynmethode wird die Frequenzstabilität des Oszillators gemessen. Nach Untersuchungen über verschiedene Konfigurationen für lineare und ringförmige Oszillatoren, wurde ein Ringoszillator mit zwei Laserköpfen aufgebaut, in welchen von außen mit einem Laser fester Frequenz eingestrahlt wird. Dieser emittiert bei einer Wiederholrate von 400 Hz eine Pulsenergie von Eout = 21 mJ bei nahezu beugungsbegrenzter Strahlqualität (M2 < 1,2). Die Verstärkung dieser Laserpulse erfolgte zunächst durch eine Vorverstärkerstufe und anschließend durch zwei doppelbrechungskompensierte Hauptverstärker im Doppeldurchgang. Eine gute Strahlqualität (M2 = 1,75) konnte unter anderem erzielt werden, indem der Doppeldurchgang durch die Hauptverstärker mit einem phasenkonjugierenden Spiegel (SF6), auf der Basis der stimulierten Brillouin Streuung, realisiert wurde. Der entwickelte Laser emittiert Pulse mit einer Länge von 25 ns und einer Energie von 250 mJ. Insgesamt wurde ein bisher einmaliges Lasersystem entwickelt. In der Literatur sind die erreichte Frequenzstabilität, Strahlqualität und Leistung in dieser Kombination bisher nicht dokumentiert. In der Zukunft soll durch den Einsatz von kerndotierten, keramischen Lasermaterialien, höheren Pumpleistungen der Hauptverstärker und phasenkonjugierenden Spiegeln aus Quarz die Pulsenergie des Systems weiter erhöht werden. [1] M. Ostermeyer, A. Straesser, “Theoretical investigation of Yb:YAG as laser material for nanosecond pulse emission with large energies in the joule range”, Optics Communications, Vol. 274, pp. 422-428 (2007) [2] A. Sträßer and M. Ostermeyer, “Improving the brightness of side pumped power amplifiers by using core doped ceramic rods”, Optics Express, Vol. 14, pp. 6687- 6693 (2006)
Vapour in the stratosphere and troposphere is one of the most important atmospheric greenhouse gases. Apart from its importance for the climate it has a great influence on the formation of polar stratospheric clouds as well as the atmospheric chemistry. A German research group is currently developing the world’s first powerful, mobile, screening vapour-DIAL, which can measure the atmospheric vapour three-dimensionally and in high resolution. Vapour concentrations in the atmosphere can be measured in high temporal and local resolution with this vapour-DIAL. The DIAL is based on a titan-saphire-laser or an alternative OPO-laser (Optical Parametric Oscillator). The seeding-laser, which is needed in order to seed those lasers, was developed in the course of this work by the research group for nonlinear optics in the institute for physics at the University of Potsdam. A highly-resolutive, mobile DIAL needs a seeding-laser with high pulse energy, excellent beam quality and high efficiency. In order to realise this, a frequency stabilised MOPA-System (Master Oscillator Power Amplifier) was developed, which based on birefringence-compensated, transversally diode-pumped laser rods. During the research process several ways to realise the MOPA-System were investigated. In this process the solid laser materials Yb:YAG [1], core-doped Nd:YAG-Ceramics [2] und conventional Nd:YAG were introduced and their suitability for the MOPA-System was investigated. After the choice for Nd:YAG as laser-active material was made, the concept of the laser-system could be developed based on amplification-calculations. The amplification-calculation meets the requirements of real systems, because intensities depending on diameter and a radial, non-homogeneous inversion density are being taken into consideration. The frequency of the pulsed oscillator (frequency stabilisation of 1 MHz) was stabilised by means of the Pound-Drever-Hall-Method. The frequency stability of the oscillator is measured using the Heterodyn-Method. After the investigation of different configurations for linear and circular oscillators a circular oscillator with two laser heads was set up, which is injection-seeded by a second laser with a stable frequency. At a repetition rate of 400 Hz the circular oscillator emits a pulse energy of Eout = 21 mJ with almost diffraction-limited beam quality (M2 < 1.2). These laser pulses were first amplified by a pre-amplifier and afterwards by two birefringence compensated main-amplifier in doublepass. Among other factors, an excellent beam quality (M2 = 1.75) could be reached by the doublepass through the main amplifier realised with a phase conjugating mirror (SF6) based on stimulated Brillouin-scattering. The developed laser emits pulses that are of 25 ns length and have an energy of 250 mJ. A currently unique laser system was developed. In the research findings there are no previous documents of the combination of the reached stability of frequency, beam quality and power in one system. In the future the pulse energy of the system is to be further increased through the use of core-doped, ceramic laser material, a higher pump power of the main amplifiers and phase-conjugating mirrors made of quartz. [1] M. Ostermeyer, A. Straesser, “Theoretical investigation of Yb:YAG as laser material for nanosecond pulse emission with large energies in the joule range”, Optics Communications, Vol. 274, pp. 422-428 (2007) [2] A. Sträßer and M. Ostermeyer, “Improving the brightness of side pumped power amplifiers by using core doped ceramic rods”, Optics Express, Vol. 14, pp. 6687- 6693 (2006)

Optical frequency standards with the reference to a narrow electronic transition of a laser-cooled collection of neutral atomic particles are becoming essential tools of research in modern precision physics experiments. In the core of a building block of an optical frequency standard is the optical continuous wave laser that has a good spectral purity of the emitted light. Such a stable optical oscillator is highly desirable in high resolution spectroscopy, if it emits in a good quality beam at a short visible wavelength. This Master thesis explores efficient techniques for building such an optical frequency source intended for use in the cooling and trapping of Calcium atoms scheme. The strong dipole transition at the blue wavelength in the atomic Calcium is needed to reduce the kinetic energy of atoms by nearly six orders of magnitude. A further reduction in the thermal energy of the laser cooled atoms is required to locate with ultra-high precision the 400 Hz narrow clock transition of the stable 40Ca isotope. The experimental methods that achieve this and approach sub-microkelvin temperature of the laser cooled bosonic isotopes of alkaline earths are inspected. The blue laser with a uniform intensity distribution in the beam is useful to maintain the trapped number of cold atoms during these experiments. The spectroscopic properties of the relative transitions in Calcium atom are also reviewed following relevant publications in the area. The constructed blue laser can be used as a primary wavelength source in the lasers network for cooling and trapping of Calcium atoms. These experiments will constitute part of the project to build an optical atom clock referenced to 40Ca narrow linewidth transition. The blue laser is constructed by generating second harmonic in a Potassium Niobate crystal, which is temperature controlled to use a type-I noncritical phase-matching of the optical nonlinear process. The power of the intracavity-generated second harmonic depends on the resonance properties of the optical resonator where this nonlinear crystal is placed. The study is aimed at characterising the designed optical resonator and the experimental parameters that describe it. The formula is derived that relates the resonance power enhancement coefficient with finesse and the power coupling contrast of a passive optical cavity. The obtained relationship is verfied during the experiments. The produced efficiency of the intracavity second harmonic generation is approx. 0.0023 mWblue/(mWred)2. The research work also examines the noise characteristics of the infrared diode laser that is used as a pump source for the intracavity generated second harmonic and determines the spectroscopic precision of the produced blue light. The frequency locking experiment is analysed using the unbalanced scheme of the polarisation stabilisation technique. The designed optical buildup cavity became a part of the unbalanced frequency discriminator in such a scheme. The results demonstrate high gain of frequency noise suppression of the stabilised laser. The unbalanced arrangement of the H}ansch-Couillaud technique has been possible due to a very low amplitude noise of semiconductor lasers.

Cette étude porte sur les lasers à fibres bifréquences bipolarisations. Le contrôle de la différence de fréquence de ces lasers représente un enjeu important en photonique microonde. En effet, maîtriser le battement permettrait la réalisation de sources compactes et à faible bruit visant des applications de métrologie ou télécom. Nous travaillons ici sur des sources émettant à 1,5 μm, de type DFB ou DBR, soit dopés Er soit co-dopés Er-Yb. Ils présentent une fréquence de battement d'environ 1 GHz pour les DFB, et 100 MHz pour les DBR. Les objectifs de la thèse ont été, d'abord de stabiliser le battement, puis d'explorer différentes méthodes pour modifier la biréfringence de la fibre et ainsi accroître la fréquence de battement. Nous avons d'abord utilisé la méthode de stabilisation par boucle à verrouillage de phase pour asservir le battement sur une fréquence de référence. En nous servant de la diode de pompe comme actuateur, nous avons réussi à stabiliser des battements entre 300 MHz et 10 GHz pendant plusieurs jours. Ensuite, nous avons mis en place une méthode de stabilisation par réinjection optique décalée en fréquence. Un modèle théorique basé sur des équations-bilan couplées a été utilisé et a permis de retrouver les observations expérimentales. En stabilisant le battement sur une référence extérieure, différents régimes dynamiques ont été observés. Dans la zone stable, on réduit le bruit de phase jusqu'à −100 dBc/Hz à 1 kHz de la porteuse. Puis, nous avons couplé le montage de la réinjection optique a une ligne à retard, afin de stabiliser efficacement le battement sur lui-même. Enfin, nous avons étudié plusieurs pistes pour augmenter la fréquence de battement des lasers DBR pour répondre aux besoins des applications. Nous avons pu suivre en temps réel la modification de biréfringence photo-induite par un faisceau UV. Nous avons aussi étudié une méthode de modification réversible de la biréfringence, en exploitant l'effet élasto-optique. Quelque soit la méthode employée, nous avons observé un accroissement de la fréquence de battement depuis 100 MHz jusqu'à plus de 10 GHz dans le meilleur des cas
This work is about dual-polarization dual-frequency fibers lasers. The control of the frequency difference of these lasers is a major challenge in microwave photonics. Controlling the beat frequency could allow compact and low-noise sources, in order to develop applications in metrology or telecom. Here, we focus on 1.5 μm sources, in either DFB or DBR configurations, made of Er-doped or co-doped Er:Yb silica fibres. Their beat frequency is about 1 GHz for DFB lasers, and 100 MHz for DBR lasers. This thesis investigates several methods to stabilize the beat note, then to modify the fiber birefringence, to increase the beat frequency. First, an optical phase-locked loop method is used to lock the beat note on a frequency reference. By using the pump diode as an actuator, we have successfully stabilized beat frequencies between 300 MHz and 10 GHz for days. We then study a stabilization method by frequency-shifted optical feedback. A theoretical model based on rate equations model is used and allows to retrieve the experimental observations. We observe different dynamical regimes by locking the beat note on a reference frequency. In the stable area, we reduce the phase noise to −100 dBc/Hz at 1 kHz from the carrier. Next, we have mixed the set-up of the injection-locking to a delay line, in order to effectively stabilize the beat note on itself. Finally, various approaches have been explored to increase the beat frequency of DBR lasers, to the needs of applications. It has been possible to continuously monitor the impact of a UV beam on the fiber birefringence. We also studied a method for reversible modification of the birefringence, exploiting the elasto-optical effect. Regardless of the method used, we observed an increase in the beat frequency from 100 MHz to more than 10 GHz in the best case

La thèse est portée essentiellement sur la stabilisation et la contrôlabilité de deux équations des ondes moyennant un seul contrôle agissant sur le bord du domaine. Dans le cas du contrôle dynamique, le contrôle est introduit dans le système par une équation différentielle agissant sur le bord. C'est en effet un système hybride. Le contrôle peut être aussi applique directement sur le bord d'une équation, c'est le cas du contrôle indirecte mais non borne. La nature du système ainsi coupledépend du couplage des équations, et ceci donne divers résultats par la stabilisation (exponentielle et polynomiale) et la contrôlabilité exacte (espace contrôlable). Des nouvelles inégalités d'énergie permettent de mettre en oeuvre la Méthode fréquentielle et la Méthode d'Unicité de Hilbert.

Ce manuscrit présente le développement d’un spectromètre dans le moyen infra-rouge qui combine très haute résolution, accordabilité, sensibilité de détection et contrôle de la fréquence absolue. Un laser à cascade quantique (QCL) émettant à 10.3 μm est asservi en phase sur un peigne de fréquences optique lui-même stabilisé sur un laser ultrastable à 1.55 μm transmis par lien optique fibré à partir du LNE-SYRTE, où cette référence de fréquence est contrôlée par rapport aux étalons primaires. On obtient ainsi un QCL de largeur ~ 0.1 Hz, avec une stabilité meilleure que 10⁻¹⁵ à 1 s, et une incertitude de 4 × 10⁻¹⁴ sur sa fréquence absolue. De plus, le QCL peut être balayé largement sur 1.4 GHz sans dégradation de la stabilité et du contrôle absolu de la fréquence. Ce QCL a permis de sonder plusieurs molécules par absorption saturée dans une cellule multipassage. Nous avons démontré une incertitude statistique sur la mesure des fréquences d’absorption au niveau du kHz et une incertitude systématique inférieure à 10 kHz. Nous avons enregistré de nombreuses raies du méthanol, dont plusieurs doublets et des raies très peu intenses, dont certaines n’avaient jamais été observées. La mesure de quelques dizaines de raies du trioxane nous a permis d’en déterminer les paramètres spectroscopiques avec précision. Nous avons également enregistré la structure hyperfine d’une raie de l’ammoniac jusqu’ici non résolue. Ce dispositif est essentiel pour le projet en cours au LPL d’observer la violation de parité dans les molécules. Il permettra également de nombreuses applications de la physique atmosphérique ou interstellaire aux tests de physique fondamentale au-delà du modèle standard
The thesis consists in developing a high-resolution mid-infrared spectrometer traceable to primary frequency standards and providing a unique combination of resolution, tunability, detection sensitivity and frequency control. A quantum cascade laser (QCL) emitting at 10.3 µm is phase locked to an optical frequency comb stabilized to a remote 1.55 µm ultra-stable reference developed at LNE-SYRTE, monitored against primary frequency standards and transferred to LPL via an active noise compensated fibre link. This results in a 0.1 Hz QCL linewidth, a stability below 10⁻¹⁵ at 1 s and an uncertainty on its absolute frequency below 4 × 10⁻¹⁴. Moreover, the setup allows the QCL to be widely scanned over 1.4 GHz while maintaining the highest stabilities and precision. This QCL was used to carry out saturated absorption spectroscopy of several molecules in a compact multipass cell. We demonstrated statistical uncertaintyon line-center frequencies at the kHz level and sub-10 kHz systematic uncertainty. We have recorded several singular K-doublets and many rovibrational transitions of methanol, in particular weak transitions and weak doublets - unreported so far. Precise parameters modelling trioxaneh ave been determined with only a few tens of rovibrational transitions recorded at unprecedented accuracy. The quadrupole hyperfine structure of an ammonia transition has been resolved for thefirst time. This setup constitutes a key element for the project aiming at the first observation of parity violation in molecules currently held at LPL, and, more generally, for various fields of physics, from atmospheric and interstellar physics to fundamental physics beyond the standard model

In this thesis we investigate advanced techniques for the readout and control of various interferometers. In particular, we present experimental investigations of interferometer configurations and control techniques to be used in second generation interferometric gravitational wave detectors. We also present a new technique, tilt locking, for the readout and control of optical interferometers. ¶ We report the first experimental demonstration of a Sagnac interferometer with resonant sideband extraction (RSE). We measure the frequency response to modulation of the length of the arms and demonstrate an increase in signal bandwidth of by a factor of 6.5 compared to the Sagnac with arm cavities only. We compare Sagnac interferometers based on optical cavities with cavity-based Michelson interferometers and find that the Sagnac configuration has little overall advantage in a cavity-based system. ¶ A system for the control and signal extraction of a power recycled Michelson interferometer with RSE is presented. This control system employs a frontal modulation scheme requiring a phase modulated carrier field and a phase modulated subcarrier field. The system is capable of locking all 5 length degrees of freedom and allows the signal cavity to be detuned over the entire range of possibilities, in principle, whilst maintaining lock. We analytically investigate the modulation/demodulation techniques used to obtain these error signals, presenting an introductory explanation of single sideband modulation/demodulation and double demodulation. ¶ This control system is implemented on a benchtop prototype interferometer. We discuss technical problems associated with production of the input beam modulation components and present several solutions. Operation of the interferometer is demonstrated for a wide range of detunings. The frequency response of the interferometer is measured for various detuned points and we observe good agreement with theoretical predictions. The ability of the control system to maintain lock as the interferometer is detuned is experimentally demonstrated. ¶ Tilt locking, a new technique to obtain an error signal to lock a laser to an optical cavity, is presented. This technique produces an error signal by efficient measurement of the interference between the TEM00 and TEM10 modes. We perform experimental and theoretical comparisons with the widely used Pound-Drever-Hall (PDH) technique. We derive the quantum noise limit to the sensitivity of a measurement of the beam position, and using this result calculate the shot noise limited sensitivity of tilt locking. We show that tilt locking has a quantum efficiency of 80%, compared to 82% for the PDH technique. We present experimental demonstrations of tilt locking in several applications including frequency stabilisation, continuous-wave second harmonic generation, and injection locking of a Nd:YAG slab laser. In each of these cases, we demonstrate that the performance of tilt locking is not the limiting factor of the lock stability, and show that it achieves similar performance to the PDH based system. ¶ Finally, we discuss how tilt locking can be effectively applied to two beam interferometers. We show experimentally how a two beam interferometer typically gives excellent isolation against errors arising from changes in the photodetector position, and experimentally demonstrate the use of tilt locking as a signal readout system for a Sagnac interferometer.

Ce mémoire de thèse étudie diverses méthodes d'amélioration des interféromètres atomiques. Dans la première partie du manuscrit, nous analysons comment une détection non-destructive, au sens où elle préserve la cohérence entre les états internes de l'ensemble atomique, permet d'améliorer la sensibilité des interféromètres. Nous montrons tout d'abord, grâce à une étude théorique, que la projection du vecteur d'onde engendrée par la mesure permet de préparer des états comprimés de spin. Nous présentons ensuite la mise en œuvre de cette méthode à l'aide d'une détection reposant sur la spectroscopie par modulation de fréquence. Finalement, nous exposons quelques premières applications de cette détection non-destructive, plus précisément nous présentons la réalisation du rétroaction quantique qui protège l'état atomique contre la décohérence induite par un basculement du spin collectif, nous montrons aussi comment réaliser une boucle à verrouillage de phase où les atomes servent de référence de phase. Dans la seconde partie du manuscrit, nous présentons la réalisation tout-optique d'un condensat de Bose-Einstein dans une cavité de haute finesse, exploitant les technologies développées pour les télécommunications optiques. Nous commençons par une analyse du résonateur et des méthodes d'asservissement, nous introduisons notamment une méthode d'asservissement originale exploitant la modulation serrodyne. Enfin, nous montrons comment un condensat est obtenu par évaporation dans le mode optique de la cavité
In this thesis, we study several methods to improve atom interferometers. In the first part of the manuscript, we analyze how a nondestructive detection, that preserves the coherence between the internal degrees of freedom in an atomic ensemble, can be used to increase the sensitivity of interferometers. We first theoretically show how the projection of the wave-function induced by the measurement prepares spin-squeezed states. We then present the implementation of this method with a detection based on the frequency modulation spectroscopy. Finally, some first applications are described, more explicitly we show how to implement a quantum feedback that preserve the atomic state against the decoherence induced by a random collective flip, we also introduce a phase-locked loop where the atomic sample is used as the phase reference. In the second part of the manuscript, we present the all-optical realization of a Bose-Einstein condensate in a high-finesse cavity using a laser system based on standard telecoms technologies. We first describe the resonator and the frequency lock of the laser on the resonance, in particular, we introduce a new stabilization method based of the serrodyne modulation. Finally, we show how the condensate is obtained from the evaporation in the cavity mode

L'objet de ce travail est la realisation d'une source laser a 729 nm en vue de faire un etalon de frequence atomique dans le domaine optique. La reference atomique est donnee par un ion calcium confine dans un piege radio-frequence. En effet, l'ion ca#+ possede un niveau #2d#5#/#2 metastable. La transition #2s#1#/#2 - #2d#5#/#2 a 729 nm presente donc un facteur de qualite excellent (environ 10#1#5). L'objectif de l'experience est d'asservir un laser sur cette transition. Dans ce memoire, nous presentons les differentes etapes de la realisation du laser a 729 nm. La premiere consiste a faire emettre a 729 nm une diode laser commerciale oscillant a 750 nm, a l'aide d'un fort refroidissement (vers -90c). La seconde etape consiste a placer cette diode en cavite etendue afin de faire un preaffinement spectral et de pouvoir selectionner finement la longueur d'onde. Les problemes de stabilite mecanique des cavites etendues classiques ont ete resolus grace a une technique d'auto-alignement: differents types de cavites etendues auto-alignees sont decrites. Enfin, nous decrivons l'asservissement par la technique de pound-drever d'une diode laser montee en cavite etendue. Le fabry-perot qui sert de reference est en materiau ule, ses miroirs sont fixes par adherence moleculaire et il est place sous vide, ce qui garantit une excellente stabilite a court et moyen terme. Sa finesse est superieure a 15000. La densite spectrale de bruit de frequence du laser asservi presente un niveau extremement faible sur une large bande: la bande passante de l'asservissement est de 2,5 mhz et la densite spectrale de bruit de frequence est inferieure a 0,16 hz#2/hz pour les frequences inferieures a 4 khz. La largeur de raie evaluee a partir de cette densite spectrale est de l'ordre de 0,5 hz

On montre que la stabilisation en fréquence des lasers à argon ionisé sur des transitions de la molécule d'iode détectées par spéctrométrie de saturation permet de réaliser des étalons de fréquence de très hautes performances dans le domaine optique. Imbrication de recherches spectroscopiques et métrologiques telles que : étude de laser à argon ionisé, structure hyperfine de la molecule I(2), spéctromètre de saturation à décalage de fréquence, profil d'absorption de la vapeur d'iode, spéctrométrie de saturation hétérodyne à haute fréquence

Cette these porte sur la stabilisation de frequence de diodes laser sur des transitions moleculaires autour de 1,5 micron. Les deux premiers chapitres portent d'une part sur les references moleculaires disponibles et d'autre part, sur les methodes les plus couramment utilisees pour une stabilisation de frequence. Les spectres experimentaux de l'ammoniac et de l'acetylene sont presentes. Le chapitre iii decrit la stabilisation d'un laser a cavite etendue sur une raie d'absorption de l'ammoniac sans modulation de frequence. La source realisee presente une largeur de raie de 60 khz et une stabilite de frequence de quelques 10##1#0 sur 10 s. Le dernier chapitre concerne la stabilisation de lasers dfb sur une transition d'acetylene 13, par une methode de spectroscopie fm. Une modulation directe du courant a 350 mhz permet d'asservir la frequence au sommet de la raie d'absorption. Des modules de 0,5 litre ont ete realises et ont presente une stabilite de frequence de l'ordre de 10##9 jusqu'a 1000s

La sensibilite d'un detecteur interferometrique d'ondes gravitationnelles comme virgo est cruciale pour l'analyse des sources astrophysiques. Une telle antenne detecte l'onde gravitationnelle comme une variation de phase de faisceau lumineux. La precision de la mesure peut etre limitee par le bruit de longueur des cavites, du aux vibrations thermiques, et par le bruit de frequence du laser incident. Ma contribution a l'evaluation du bruit des modes de vibration interne des substrats des miroirs a ete d'ecrire un programme, base sur la propagation des ondes acoustiques dans les solides. Il permet les calculs des frequences de resonance, des masses equivalentes des modes, de la deformation de la surface et son couplage avec un faisceau lumineux incident. Les resultats permettent le dimensionnement des substrats. La sensibilite est alors legerement moins bonne que celle fournie par une estimation grossiere, si les pertes des ondes acoustiques sont constantes en fonction de la frequence et egales a celles mesurees a resonance. Elle peut etre amelioree par diminution des pertes ou par le choix d'un materiau ayant de meilleures performances. Nous avons egalement mene des experiences pour aider au choix du materiau des fils de suspension. Je propose une experience de mesure directe du bruit thermique qui permettrait de verifier la sensibilite. La configuration de l'interferometre rend le bruit de frequence du laser negligeable si le laser est asservi en frequence. La stabilisation de frequence se fera en deux etages, l'un qui asservit la frequence sur la longueur d'une cavite courte, le deuxieme qui asservit sur les grands bras de l'interferometre. Le premier etage a ete construit. J'ai verifie que ses performances remplissent les specifications. La stabilite de frequence obtenue se revele etre exceptionnelle

La diffusion Brillouin stimulée (SBS) est un processus d'interaction cohérent, pour lequel la lumière est diffusée à partir des ondes acoustiques générées optiquement. Les lasers Brillouin suscitent un très grand intérêt pour leur capacité à produire des largeurs de raie ultra cohérentes. Cette thèse est consacrée à la compréhension des propriétés de bruit des lasers à fibre Brillouin en anneau, fonctionnant avec de multiples ordres de Stokes. Tout d'abord, nous présentons une technique basée sur la méthode de ringdown de la cavité, qui permet de caractériser le coefficient de gain Brillouin directement à partir du sondage de la cavité laser. Ses avantages sont d'obtenir des paramètres à partir d'une seule expérience avec de faibles puissances optiques (quelques 10 milliwatts) pour des cavités courtes (quelques mètres de long, ou cavités intégrées). Deuxièmement, il est démontré qu'une largeur de raie intrinsèque de quelques dizaines de mHz peut être facilement obtenue en cascadant deux lasers Brillouin non résonants (pour lesquels la pompe effectue un seul passage à l'intérieur de la cavité). Afin d'obtenir ces résultats, la stabilité à long terme a été améliorée en utilisant une boucle d'asservissement de type Pound Drever Hall, ce qui nous permet de comparer nos résultats analytiques et expérimentaux. Malheureusement, nous n'avons pas exploré les limites fondamentales de la réduction du bruit en raison du plancher de bruit de notre banc de mesure. Troisièmement, un des travaux majeurs de cette thèse est l'étude analytique et expérimentale des propriétés du bruit, y compris le bruit de fréquence et le bruit relatif d'intensité, d'un laser Brillouin résonant (pour lequel, les ondes de pompe et de Stokes sont résonantes à l'intérieur de la cavité). En particulier, les impacts du facteur de qualité de la cavité fibrée en anneau, le désaccord de gain Brillouin ont été évalués très précisément sur les caractéristiques du RIN du laser telles que la réduction de l'amplitude du bruit et la fréquence de relaxation. Nous soulignons le fait que de nombreuses caractéristiques du bruit de fréquence sont liées aux propriétés du RIN par un couplage entre l'intensité et la phase. Nous montrons que le processus en cascade modifie la dynamique du laser Brillouin par rapport à celle d'un laser Brillouin monomode avec une seule composante de Stokes de premier ordre. Nos résultats expérimentaux sont en excellent accord avec nos simulations, obtenues grâce à notre système non linéaire décrivant le fonctionnement d'un laser Brillouin multi-Stokes. Cette bonne concordance est principalement due à notre capacité : à obtenir des valeurs très précises des paramètres de la cavité et du coefficient de gain Brillouin en utilisant la technique CRDM ; à atteindre une stabilité à long terme (plusieurs dizaines d'heures) ; à contrôler finement le désaccord entre la résonance de Stokes du laser et la fréquence du maximum de gain Brillouin. Nous démontrons expérimentalement pour la première fois que le bruit de fréquence est dégradé en présence d'une diffusion Brillouin anti-Stokes. Nous montrons également qu'un désaccord de gain de l'ordre de quelques centaines de kHz peut dégrader la réduction du bruit d'intensité ou également augmenter la largeur de raie par un couplage amplitude-phase. Toutes ces observations très fines nous permettent donc de fixer les limites fondamentales de tels systèmes laser comme : l'augmentation du bruit due aux ordres anti-Stokes ; le rôle du bruit de pompe et son interrelation possible avec la finesse de la cavité ; l'effet du désaccord inhérent aux ordres de Stokes plus élevés. Toutes ces conclusions sont les clés de la conception et de l'ingénierie de ces lasers à fibre Brillouin, qui suscitent actuellement beaucoup d'intérêt comme en témoignent les travaux en cours dans la communauté scientifique. Cette thèse de doctorat contribue à une meilleure compréhension des lasers Brillouin multi-Stokes
Stimulated Brillouin Scattering (SBS) is a coherent interaction process in which light is scattered from optically generated acoustic waves. It is a powerful tool for microwave and optical signal processing, distributed sensing and spectroscopy. Brillouin lasers are attracting a lot of interest for their ability to produce ultra coherent linewidths. This thesis is devoted to the understanding of noise properties of Brillouin fiber ring lasers, operating with multiple Stokes orders. First, we present a technique based on the cavity ring-down method, which allows to characterize the Brillouin gain coefficient directly from probing the laser cavity. Its advantages are to obtain parameters from a single experiment with low optical powers (some 10 milliwatts) for short cavities (a few meters long, or integrated cavities). Secondly, it is shown that an intrinsic linewidth of a few tens of mHz can be easily obtained by cascading two non-resonant Brillouin lasers (for which the pump performs a single pass inside the cavity). In order to obtain these results, the long-term stability has been improved by using a Pound-Drever-Hall servo loop, which allows us to compare our analytical and experimental results. Unfortunately, we were unable to explore the fundamental limits of noise reduction due to the noise floor of our bench. Thirdly, one of the major works of this thesis is the theoretical and experimental study of the noise properties, including frequency noise and relative intensity noise, of a resonant Brillouin laser (for which pump and Stokes waves are resonant inside the cavity). In particular, the impacts of the fiber-ring-cavity quality factor, Brillouin gain detuning, are evaluated very precisely on the laser RIN features such as amplitude noise reduction and relaxation frequency. We emphasize the fact that many characteristics of the frequency noise are related to the RIN properties by a coupling between intensity and phase. We show that the cascade process modifies the dynamics of the Brillouin laser when compared to those of a single-mode Brillouin laser with a single first-order Stokes component. Our experimental results are in excellent agreement with our numerical simulations, obtained thanks to our non-linear system describing the operation of a multi-Stokes Brillouin laser. This good match is mainly due to our ability: to obtain very precise values of the cavity parameters and the Brillouin gain coefficient using the CRDM technique ; to achieve long-term stability (hours); to finely control the detuning between the laser Stokes resonance and the frequency of the Brillouin gain maximum. We demonstrate experimentally for the first time that frequency noise is degraded in the presence of anti-Stokes Brillouin scattering. We also show that a gain detuning of the order of a few hundred kHz can degrade the intensity noise reduction or also increase the linewidth by amplitude-phase coupling. All these very fine observations thus allow us to set the fundamental limits of such laser systems such as: the increase in noise due to anti-Stokes orders; the role of pump noise and its possible interrelation with cavity finesse; the effect of the detuning inherent to higher Stokes orders. All these conclusions are key to the design and engineering of these Brillouin fiber lasers, which are currently attracting a great deal of interest as evidenced by the work in progress in the scientific community. This PhD thesis contributes to a better understanding of multi-Stokes Brillouin lasers

Le detecteur virgo, constitue d'un interferometre avec des cavites fabry-perot de 3 km dans les bras, a pour but la detection du rayonnement gravitationnel emis par des sources astrophysiques. Cette these est constituee de deux parties independantes. La premiere traite de la stabilisation en frequence du laser. La seconde est consacree a l'etude d'une cavite optique suspendue. Nous evaluons l'influence des fluctuations de frequence du laser sur la sensibilite de virgo et nous mettons en evidence l'importance du terme d'asymetrie de reflectivite entre les deux cavites fabry-perot kilometriques, jusqu'a present neglige. Nous etudions la stabilisation de frequence sur l'interferometre considere comme un etalon ultra-stable, nous evaluons le bruit des differents signaux envisages pour la stabilisation et nous discutons une strategie de controle. Nous etudions un prototype du mode-cleaner de virgo, constitue d'une cavite triangulaire suspendue de 30 m, pour lequel nous avons developpe un asservissement nous ayant permis de le maintenir en resonance. Enfin, nous caracterisons cette cavite en termes de spectres de modes, finesse et fonctions de transfert mecaniques.

Ce travail se place dans le cadre de la mesure ultrasensible d'anisotropie de phase optique que permet l'emploi adapté des cavités de très haute finesse. Pour stabiliser la fréquence laser sur une résonance de la cavité, un schéma d'asservissement reposant sur la rétroaction optique est utilisé.Une première partie décrit le couplage optique entre le laser et la cavité à travers l'analyse du comportement de la fréquence d'émission du laser auto-réinjecté. Une comparaison analytique théorie expérience a permis d'identifier les signaux d'erreur nécessaires au maintien durable de la fréquence du laser à l'exacte résonance d'un mode de la cavité. Après une description détaillée du dispositif d'asservissement, sa réalisation expérimentale sur une cavité de finesse de quelques milliers (F = 3 000)a démontré la possibilité de stabiliser la fréquence laser sur plus de dix heures avec une excursion résiduelle à la seconde de 375 Hz.Dans la deuxième partie, le développement précédent a été mis en œuvre sur une cavité de très haute finesse (F = 250 000) et a permis la mesure ultrasensible de biréfringence induite dans des gaz par effet Kerr. L'originalité du dispositif repose sur la mise à profit de la biréfringence résiduelle des miroirs de haute réflectivité.Elle est utilisée d'une part comme source à la rétroaction optique, et d'autre part comme biais optique à la mesure de la biréfringence du gaz. Une étude théorique et expérimentale détaillée des sources de bruit présent dans la chaîne de détection en fonction de la valeur du biais optique a permis de réaliser la mesure de déphasage au niveau du bruit de photons avec quelques mW de puissance laser. Ainsi, une sensibilité référence sur la mesure de déphasage Kerr de 3.10−13 rad a été démontrée pour un temps de mesure de 800 sec. Cette valeur record améliore de trois ordres de grandeur les déphasages Kerr précédemment mesurés. Le dispositif a été de plus mis à profit pour la mesure à faible champ électrique (< 40 V /mm) et à pression atmosphérique, des constantes de Kerr de différents gaz moléculaires et atomiques jusqu'à l'He.

Je rapporte dans ce manuscrit une étude théorique et expérimentale d’une source compacte, fiable et bas coût d’ondes électromagnétiques continues et cohérentes de 30 Hz de largeur de raie, accordables de 1 GHz à 500 GHz par pas de 1 GHz. Ces ondes sont générées par un photo-mélange de deux diodes lasers DFB (Distributed Feedback) très accordables autour de 1550 nm, stabilisées avec des polarisations orthogonales sur une même cavité Fabry-Perot optique fibrée. J’ai conçue des électroniques de correction très rapides pour chaque laser permettant d’avoir une bande passante d’asservissement de 7 MHz limitée par la longueur de la boucle. Je démontre des suppressions de bruit de phase jusqu’à -60 dBc/ Hz à 1 kHz et de -90 dBc/Hz à 100 kHz d’écart d’une porteuse électrique à 92 GHz. Je mesure aussi une dérive de fréquence de ~170 kHz d’un battement à 10 GHz à long terme sur 7,5 heures de verrouillage continu. Je montre une conception optimisée d’une boucle d’asservissement intégrée de quelques dizaines de cm de longueur qui réduit le bruit de phase de 18 dB à 1 MHz d’écart à la porteuse optique et des couplages phase-amplitude réduits dans la cavité d’un facteur 50 par rapport à ceux estimés expérimentalement. L’ajout d’un troisième laser DFB stabilisé en phase sur un oscillateur local permettrait d’avoir une source continûment accordable sur 1 THz. La source d’ondes continues permettrait également de générer à partir de fibres hautement non linéaires et dispersives des impulsions pico- ou femtosecondes à un taux de répétition fixe en remplacement les lasers DFB par des lasers plus stables. Je calcule par simulation une gigue temporelle de 7,2 fs sur un temps d’intégration de 1 ms à 40 GHz de taux de répétition
I report in this manuscript a theoretical and experimental study of a compact, reliable and low cost source of 30 Hz linewidth, continuous and coherent electromagnetic waves tunable from 1 GHz to 500 GHz in steps of 1 GHz. These waves are generated by photomixing two distributed feedback (DFB) laser diodes at 1550 nm which are frequency stabilized with orthogonal polarizations on the same optical fibered Fabry-Perot cavity. I have designed very fast electronic control filters for each laser allowing a 7 MHz servo bandwidth limited by the loop length. I demonstrate phase noise suppressions down to -60 dBc/Hz at 1 kHz and -90 dBc/Hz at 100 kHz offset frequencies from a 92 GHz electrical carrier. I also measure a ~170 kHz frequency drift of the beat note at 10 GHz on the long term over a continuous 7.5 hour locking period. I show an optimized design of an integrated servo loop of few tens of cm length which reduces the phase noise by 18 dB at 1 MHz optical carrier offset frequency and the phase-amplitude couplings in the cavity by a factor of 50 compared to the experimental one. The addition of a third DFB laser phase stabilized on a local oscillator allows the possibility to have continuously tunable source over 1 THz. The continuous wave source also makes it possible to generate fixed repetition rate pico- or femtosecond pulses from highly non-linear and dispersive fibers, replacing the DFB lasers by further stable lasers. I have calculated by simulation 7.2 fs temporal jitter at 40 GHz repetition rate over a 1 ms integration time

Les convertisseurs de fréquence pour machine asynchrone sont en fort développement depuis une dizaine d'années. Cette structure s'avère cependant très sensible aux creux et coupures brèves de tension du réseau d'alimentation. Ces perturbations peuvent occasionner une perte de contrôle du convertisseur, entrainant, le plus souvent, un arrêt total du système, avec un redémarrage rarement automatique de l'équipement au retour de l'alimentation. Ces arrêts impromptus sont problématiques et couteux pour beaucoup d'applications industrielles. De nouvelles stratégies de commande du convertisseur pour palier à ce problème sont proposées dans cette thèse. Un modèle de l'ensemble convertisseur de fréquence-machine asynchrone est développé en régime transitoire en supposant une tension d'alimentation quelconque. Les effets des perturbations réseau sur le système sont ensuite étudies. Plusieurs techniques d'insensibilisation sont ensuite proposées: a) une régulation du système pour compenser les effets des creux de tension, b) une identification de la vitesse de la machine en roue libre (nécessaire pour un rattrapage au vol après une coupure brève triphasée), c) une technique de rattrapage au vol basée sur une synchronisation du convertisseur sur les tensions résiduelles générées par le flux rémanent de la machine, d) une régulation a glissement nul assurant le maintien du synchronisme entre le convertisseur et la machine lors de coupures brèves triphasées. Ces techniques ont été validées sur simulations numériques et sur un banc d'essais de 7. 5 kw, avec des performances satisfaisantes: contrôle permanent du système, minimisation des chutes de vitesse, redémarrage automatique du système au retour de la tension normale sans surcourant ou à-coup de couple. L'ensemble des résultats et les performances des commandes sont étudies d'un point de vue théorique sur la base du modèle développé

Les développements de deux spéctromètres de saturation à ultra-haute résolution dans le domaine infrarouge, l'un dans la région spectrale 9-12 mu m et l'autre accordable de 2,3 a 3,2 mu m sont exposés en detail. La stabilisation en fréquence d'un laser à CO(2) conventionnel ou guide d'ondes au niveau de la dizaine de hertz ainsi que l'obtention d'une stabilité meilleure que 1 khz pour le laser à centres colores soulignent le role cle de ces oscillateurs dans la chaine de raccordement de fréquence de l'horloge à cesium vers le domaine visible. L'étude des interactions hyperfines est presentée dans le cas des molécules diatomiques héteronucleaires (hf) et des toupies spheriques du groupe ponctuel O(h) (sf(6)). Grace a l'enregistrement de structures hyperfines tres bien resolues, de nombreux effets ont etes mis en evidence et interpretes à l'aide du formalisme tensoriel (dans le groupe (l)o(3) x O(h)) en particulier : l'interaction de spin-vibration (bande upsilon (3) de sf(6)), les mélanges d'états de types de symétrie differents (sf(6)), les corrections ro-vibrationnelles à l'interaction de spin-rotation (hf et sf(6)), les structures superhyperfines (sf(6))

In this thesis we investigate advanced techniques for the readout and control of various interferometers. In particular, we present experimental investigations of interferometer configurations and control techniques to be used in second generation interferometric gravitational wave detectors. We also present a new technique, tilt locking, for the readout and control of optical interferometers. ¶ ...