| Version imprimable |
| Maser cryogénique à modes de galerie | ||
Benmessai, Karim - (2008-12-08) / Université de Franche-Comté - Maser cryogénique à modes de galerie en : Français Directeur(s) de thèse: Giordano , Vincent ; Kersale , Yann Laboratoire : FEMTO-ST Ecole doctorale : SPIM Classification : Sciences de l'ingénieur | ||
Mots-clés : Maser, Mode de galerie, Résonateur Saphir, Ions Paramagnétiques Fe3+, Electromagnétisme, Bistabilité. Résumé : Les oscillateurs les plus stables au monde sont ceux utilisant un résonateur saphir placé à basse température. Dans ce cas, le résonateur est utilisé en mode passif et l’oscillation est entretenue par un amplificateur placé à température ambiante. Pour atteindre des stabilités ultimes, ce dispositif doit être complété par plusieurs asservissements afin de pallier les dérives de phase et d’amplitude du signal dans la boucle d’oscillation. Ce type d’oscillateur est donc encombrant et difficile à mettre en œuvre dans des applications de terrain. L’objectif de cette thèse est de valider un autre principe d’utilisation du résonateur saphir : le MASER à modes de galerie. L’idée cette fois est de mettre à profit la présence d’impuretés paramagnétiques dans le cristal de saphir pour obtenir un effet MASER autoentretenu. L’ensemble du dispositif est maintenant dans le même ensemble physique, à savoir le résonateur saphir et l’amplificateur placés à basse température. Le principe du MASER à modes de galerie a été démontré à l’aide de résonateurs saphir de type HEMEX, contenant des impuretés du type Fe3+. Son principe est fondé sur le MASER à trois niveaux d’énergie sans champ magnétique dc. En pompant les ions au moyen d’un mode de galerie à une fréquence de 31 GHz, une oscillation peut être obtenue via un autre mode de galerie à 12,04 GHz. Le niveau de puissance maximal obtenu à la sortie du résonateur est de 6•10−9 W (dix mille fois supérieur à celui d’un Maser H) pour une concentration ionique de quelques 10 ppb. Des mesures sur l’instabilité relative du MASER, pour des niveaux de puissance de l’ordre de 10−12 W, ont montré que cet oscillateur n’est limité à court terme que par le bruit thermique, y(<10 s)=2•10−14−1/2. Une autre expérience comparant le Whigmo à un oscillateur saphir cryogénique (OSC) à l’état de l’art a montré que le MASER présente une instabilité inférieure à quelques 10−14 à court terme. Ce travail suggère que le MASER fonctionnant à une puissance de 6•10−9 W pourrait présenter des niveaux d’instabilité à court terme de 10−16−1/2. En conclusion le MASER saphir cryogénique à mode de galerie est un oscillateur alliant les performances des OSC classiques et une extrême simplicité et pourrait à terme remplacer les OSC. Résumé (anglais) : The most stable oscillators use a sapphire resonator placed at low temperature. This resonator is used in a passive configuration and the oscillation is maintained by an amplifier at room temperature. To reach ultimate stabilities, several controls must be implemented in order to mitigate the phase and amplitude drifts of the signal in the oscillation loop. Such an oscillator is thus cumbersome and difficult to implement in ground applications. The main objective of this thesis is to validate another principle of the use of sapphire resonator : the Whispering Gallery modes MASER Oscillator (Whigmo). The idea is to use paramagnetic impurities that are present within the sapphire crystal to aobtain a self-sustained MASER effect. TheWhigmo principle has been demonstrated by using HEMEX sapphire resonators, containing paramagnetic ions (Fe3+ ions). Its principle is based on the three energy levels MASER at zero dc magnetic field. By pumping the ions thanks to a whispering gallery (WG) mode at 31 GHz, an oscillation is obtained via anotherWG mode at 12.04 GHz. The maximum power delivred is of about 6•10−9 W (ten thousand times higher than an H-Maser) for ionic concentration as low as 10 ppb. Measurements on the MASER instability for a power of about 10−12 W, showed that this oscillator is limited only at short term the thermal noise, y(<10 s)=2•10−14−1/2. An instability lower than 10−14 at short term has been shown through another experiment, by comparing the Whigmo to the state of the art Cryogenic Sapphire Oscillator (CSO). This work suggests that the MASER working at power of 6•10−9 W could deliver short-term instability of about 1•10−16−1/2. The Whigmo is then an oscillator that combine the performances of the traditional CSO and an extreme simplicity. In the near future it will elsewhere become the ssuccessor of the traditional CSO. Identifiant : UFC-333 | ||
| Exporter au format XML |