Spectroscopy of trapped H2+ ions : development of a 9.17 µm laser referenced to the international system of units

Spectroscopie d'ions H2+ piégés : développement d'un laser à 9.17 µm référencé au système international d'unité

Abdessamad Mbardi (1)

1 LKB (Jussieu) - Laboratoire Kastler Brossel

My thesis presents the development of a 9,166 µm laser source referenced to the international system of units, for high-resolution vibrational spectroscopy of the molecular ion H+2 with the aim of obtaining a new determination of the fundamental constant mp/me with extremely low relative uncertainty to 12 significant digits. The first part explores the preparation, trapping and cooling of Be+ ions enabling sympathetic cooling of trapped H+2 ions, as well as the method used to create H+2 ions in the fundamental vibrational state. The following sections, which constitute the main work of my thesis, highlight the laser source used - a quantum cascade laser - for the two-photon excitation of the H+2 transition, and present its phase locking to a CO2 laser itself phase-locked to a frequency comb referenced to the international system of units via the REFIMEVE network. Stability transfer from the comb to the CO2 laser is achieved by a non-linear mixing process in an AgGaSe2 crystal.

Ma thèse présente le développement d’une source laser à 9,166 µm référencée au système international d’unités, en vue de la spectroscopie vibrationnelle à haute résolution de l’ion moléculaire H+2 dans l’objectif d’obtenir une nouvelle détermination de la constante fondamentale mp/me avec une incertitude relative extrêmement faible avec 12 chiffres significatifs. La première partie explore la préparation, le piégeage et le refroidissement d’ions Be+ permettant le refroidissement sympathique d’ions H+2 piégés, ainsi que la méthode utilisée pour créer des ions H+2 dans l’état vibrationnel fondamental. Les parties suivantes qui constituent le travail principal de ma thèse mettent en lumière la source laser utilisée - un laser à cascade quantique - pour réaliser l’excitation à deux photons de la transition de l’ion moléculaire H+2 et présentent son asservissement en phase sur un laser à CO2 lui-même asservi en phase sur un peigne de fréquence référencé au système international d’unité via le réseau REFIMEVE. Le transfert de stabilité du peigne au laser à CO2 est réalisé grâce à un processus de mélange non linéaire dans un cristal d’AgGaSe2.

Mots clés: Trap; Optics; Ions; Spectroscopy; Sum frequency; Laser cooling

Mots clés: Piège; Optique; Ion; Spectroscopie; Somme de fréquence; Refroidissement laser

Domaines: Physique Atomique [physics.atom-ph]

Abdessamad Mbardi. Spectroscopie d'ions H2+ piégés : développement d'un laser à 9.17 µm référencé au système international d'unité. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Sorbonne Université, 2023. Français. ⟨NNT : 2023SORUS646⟩. ⟨tel-04523608⟩