Continuous and interleaved operation of a cold atom gyroscop and improvement of its stability

Fonctionnements continu et entrelacé d'un gyromètre à atomes froids et amélioration de sa stabilité

Denis Savoie (1)

1 SYRTE - Systèmes de Référence Temps Espace

Sagnac atomic gyroscopes have great potential due to their high sensitivity to rotation. The SYRTE atomic gyroscope uses laser cooled cesium atoms. Thank to stimulated Raman transitions, we form a folded Mach-Zehnder type interferometer. The instrument allows interrogation times up to 800~ms, which corresponds to a 11cm² Sagnac area, the largest demonstrated for atom interferometers. This is a major step toward the use of such instruments in inertial navigation. I describe the methods implemented to push the short-term sensitivity and performed the first detailed study of systematics, such as those linked to light-shifts due to the preparation and the detection of the atoms and those linked to misalignment of parallelism of the mirrors and of the trajectories of the atoms. I demonstrated a short-term stability of 30nrad.s⁻¹.Hz^{-1/2} in triple interleaved joint interrogation which improves the state of the art by a factor 3. The state of the art has also been improved by a factor 5 in long-term with a 0,2nrad.s⁻¹ stability in 30 000s.

Les gyromètres Sagnac atomiques ont un grand potentiel en raison de leur sensibilité élevée à la rotation. Le gyromètre atomique du SYRTE utilise des atomes de césium refroidis par lasers. À l'aide de transitions Raman stimulées, nous formons un interféromètre de type Mach-Zehnder replié. L'instrument permet d'atteindre un temps d'interrogation maximal de 800 ms, ce qui correspond à une aire Sagnac de 11 cm², la plus grande démontrée pour un interféromètre atomique. Les objectifs de ma thèse sont de tirer au mieux parti du potentiel de l'instrument, et d'étudier des modes d'interrogations jointif et jointif entrelacé. C'est une étape importante pour l'application de tels instruments entre autres en navigation inertielle. Je décris les méthodes mises en place pour pousser la sensibilité court terme et mené une première étude détaillée des effets systématiques. Nous avons démontré une stabilité à court terme de 30nrad.s⁻¹.Hz^{-1/2} en interrogation jointive triplement entrelacée, ce qui est une amélioration d'un facteur 3 de l'état de l'art pour les gyromètres à atomes froids. L'état de l'art a également été amélioré d'un facteur 4 à long terme avec une stabilité de 0,2 nrad.s⁻¹ en 30 000 s.

Mots clés: Atom interferometry; Cold atoms; Gyroscop

Mots clés: Interférométrie atomique; Atomes froids; Gyromètre; Effet Sagnac; Transition Raman stimulées; Capteurs inertiels

Domaines: Physique Atomique [physics.atom-ph]

Denis Savoie. Fonctionnements continu et entrelacé d'un gyromètre à atomes froids et amélioration de sa stabilité. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2017. Français. ⟨NNT : 2017PA066585⟩. ⟨tel-01919499⟩