Thèse présentée par Nicolas Cahuzac pour obtenir le grade de
Docteur en Physique de l’Université Sorbonne Paris Nord
Nous avons développé deux spectromètres moyen infrarouge (MIR) qui combinent très haute résolution, accordabilité, sensibilité de détection et contrôle de la fréquence absolue. Le premier utilise un laser à cascade quantique (QCL) à 10,3 μm, asservi en phase sur un peigne de fréquences lui-même stabilisé sur un laser ultra-stable à 1,55 μm transmis par fibre depuis le LNE-SYRTE, où il est calibré sur des étalons primaires. On obtient un QCL de largeur ∼0,1 Hz, avec une stabilité meilleure que 2×10-15 de 0,1 s à 104 s, et une incertitude relative en fréquence dans la gamme des 10−15. La spectroscopie d’absorption saturée du méthanol en cavité Fabry-Perot a permis d’atteindre des résolutions de ~15 kHz, des incertitudes statistiques sur les fréquences d’absorption de ~100 Hz et des incertitudes systématiques <1 kHz, soit 1 ordre de grandeur de mieux que les précédents travaux au LPL sur le méthanol. Nous avons développé un second spectromètre pour l’étude de l’ozone en cellule. Un QCL à 9,5 μm également stabilisé sur une référence de fréquence transmise par fibre depuis le LNE-SYRTE a permis d’observer les premières raies d’absorption saturée de l’isotopologue principal de l’ozone. Les résolutions obtenues sont sub-megahertz, et les incertitudes sur le pointé de raie sont de quelques 10 kHz, soit 1 à 2 ordres de grandeur meilleures que la littérature.
Ces développements ouvrent la voie à la spectroscopie MIR d’une variété croissante de molécules polyatomiques pour réaliser des tests de physique fondamentale et explorer les limites du modèle standard, et à la fourniture de données spectroscopiques de plus en plus précises d’espèces d’intérêt atmosphérique ou astrophysique.
Composition du Jury (par ordre alphabétique) :
– Prof. Mehdi Alouini, Professeur des Universités, Institut FOTON, Université de Rennes (Examinateur)
– Prof. Anne Amy-Klein, Professeur des Universités, Laboratoire de Physique des Lasers (LPL), Université Sorbonne Paris Nord (Directrice de thèse)
– Dr. Jean-Philippe Berger, Astronome, Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG), Université Grenoble Alpes (Examinateur)
– Dr. Benoît Darquié, Chargé de recherche, Laboratoire de Physique des Lasers (LPL), Université Sorbonne Paris Nord (Co-encadrant)
– Dr. Christof Janssen, Chargé de recherche, Laboratoire d’Etudes du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères (LERMA), Observatoire de Paris (Co-directeur de thèse)
– Dr. Samir Kassi, Ingénieur de recherche, Laboratoire interdisciplinaire de Physique (LIPhy), Université Grenoble Alpes (Rapporteur)
– Prof. Arnaud Mussot, Professeur des Universités, Laboratoire de Physique des Lasers, Atomes et Molécules (PhLAM), Université de Lille (Examinateur)
– Dr. Lucile Rutkowski, Chargée de recherche, Institut de Physique de Rennes (IPR), Université de Rennes (Rapporteuse)
Mots clés : spectroscopie moléculaire à ultra-haute résolution, métrologie des fréquences, moyen infrarouge, laser à cascade quantique, peigne de fréquences, spectroscopie d’absorption saturée, stabilisation en fréquence de lasers, lasers ultra-stables, transfert de références de fréquence par liens optiques fibrés, génération de somme de fréquences, spectroscopie rovibrationnelle, spectroscopie en cavité, méthanol, ozone
Soutenance : Le 12 Juillet 2023 à 14h00