Développement de sources lasers à l'état solide pour la réalisation d'une horloge optique basée sur l'atome d'argent

This work deals with thedevelopment of an clock based on a two-photon transition in Ag at661 nm, whose natural width is about 1 Hz. To take advantage ofthe quality factor of the resonance, it will be necessary to uselaser-cooled atoms, the required wavelength being 328 nm. Thisthesis describes the design and construction of solid-state lasersallowing one to simplify the present apparatus. Diode-pumpedNd:YLF crystals enable one to generate both 1322 and 1312 nm.The second harmonic of the former will provide 661 nm while twicefrequency doubling the later will yield 328 nm. We have developeda theoretical model including thermal effects and Augerrecombination in order to design several prototype configurations(linear, twisted mode and re-injected ring cavities). Using thelast of these, we have built single-mode c.w. lasers at both 1312and 1322 nm with outputs of up to 2 W. By intra-cavity frequencydoubling therewith, we have obtained 440 mW at 661 nm and 340 mWat 656 nm. In addition, we have evaluated transition probabilitesusing the Cowan codes, both to estimate two-photon excitationrates and calculate the lifetime of the metastable level, hitherto obtained by comparisonwith an analogous transition in Hg+.; Ce travail de thèse s'inscrit dansle cadre du développement d'une horloge optique basée sur unetransition à deux photons de 661 nm de l'Ag de largeur naturelle~1 Hz. Afin de profiter du facteur de qualité de larésonance, il faudra travailler sur un échantillon d'atomesrefroidis par laser, la longueur d'onde nécessaire étant de 328nm. Ce mémoire concerne plus précisément la mise au point desources lasers solides pour améliorer la fiabilité de l'expérienceactuelle. Le cristal laser de Nd:YLF, pompé par diode laser,permet d'accéder aux longueurs d'onde 1322 nm et 1312 nm. Ledoublage en fréquence de la première source fournira la radiationà 661 nm tandis que deux étapes de doublage permettront d'obtenir,à partir des photons à 1312 nm, une onde à 656 nm puisune onde à 328 nm. Nous avons développé un modèle théorique, tenantcompte des effets thermiques et notamment des processus derecombinaison Auger, afin de dimensionner différentesconfigurations laser à tester (cavité linéaire, à mode hélicoïdal,cavité en anneau réinjectée). Grâce à la dernière, nous avonsréalisé des sources continues, monomodes, d'environ 2 W, à 1322nm et à 1312 nm. Ces cavités se prêtant au doublage de fréquence,nous avons obtenu des puissances de 440 mW à 661 nm et 340 mW à656 nm. Par ailleurs, une étude théorique des probabilités detransition de l'atome d'argent à l'aide des codes de Cowan a étéentreprise, afin d'une part de chiffrer l'ordre de grandeur de lapuissance laser nécessaire et d'autre part, d'estimer la durée devie du niveau métastable, jusqu'alors obtenueuniquement par comparaisonavec une transition quadrupolaire de l'ion mercure.