Le Temps atomique international (TAI) repose sur la comparaison permanente de centaines d\u2019horloges atomiques r\u00e9parties dans le monde. En Allemagne, le Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) y contribue avec deux horloges \u00e0 fontaine de c\u00e9sium, CSF1 et CSF2, qui pilotent l\u2019\u00e9chelle de temps nationale UTC (PTB) et fournissent l\u2019heure l\u00e9gale du pays, utilis\u00e9e notamment pour les trains, le trafic a\u00e9rien, les t\u00e9l\u00e9communications, la radiodiffusion et les syst\u00e8mes informatiques. Ces deux instruments figurent parmi les horloges \u00e0 fontaine de c\u00e9sium les plus performantes au monde, mais leur fonctionnement continu repose sur des techniques exigeantes, du refroidissement laser des atomes \u00e0 la spectroscopie de Ramsey. Pour moderniser leur \u00e9lectronique de commande laser, le PTB s\u2019est tourn\u00e9 vers les cartes de g\u00e9n\u00e9ration de formes d\u2019ondes arbitraires (AWG) au format PXIe de Spectrum Instrumentation.<\/p>\n
La seconde est d\u00e9finie comme la dur\u00e9e de 9 192 631 770 p\u00e9riodes du rayonnement associ\u00e9 \u00e0 la transition entre les deux niveaux d\u2019\u00e9nergie de l\u2019\u00e9tat fondamental du c\u00e9sium 133. Dans une chambre \u00e0 vide, un nuage d\u2019atomes ultrafroids traverse deux fois une cavit\u00e9 micro-onde de Ramsey, une fois en montant et une fois en redescendant sous l\u2019effet de la gravit\u00e9, avant que son \u00e9tat final ne soit mesur\u00e9 par spectroscopie de fluorescence induite par laser.<\/p>\n
Le refroidissement s\u2019effectue par pi\u00e8ge magn\u00e9to-optique sur CSF1 et par m\u00e9lasse optique sur CSF2. Comme l\u2019explique le Dr Johannes Rahm, du d\u00e9partement Temps et Fr\u00e9quence du PTB, des lasers l\u00e9g\u00e8rement d\u00e9saccord\u00e9s sous une transition optique du c\u00e9sium ralentissent les atomes par effet Doppler, jusqu\u2019\u00e0 quelques microkelvins.<\/p>\n
Un faible \u00e9cart de fr\u00e9quence entre les lasers lance ensuite le nuage vers le haut. \u00c0 chaque passage dans la cavit\u00e9, une impulsion micro-onde est appliqu\u00e9e, r\u00e9gl\u00e9e pour obtenir une probabilit\u00e9 de transition d\u2019environ 50 %. Le signe du d\u00e9saccord est invers\u00e9 \u00e0 chaque cycle afin d\u2019\u00e9chantillonner les deux flancs de la courbe de r\u00e9sonance ; la fr\u00e9quence de transition correspond \u00e0 la moyenne des deux fr\u00e9quences asservies.<\/p>\n
Chargement, lancement, interrogation de Ramsey et d\u00e9tection s\u2019encha\u00eenent en 1,2 seconde environ, puis le cycle recommence, 24 heures sur 24.<\/p>\n
Le contr\u00f4le des lasers \u00e9tait jusqu\u2019ici assur\u00e9 par des circuits analogiques d\u00e9velopp\u00e9s en interne par une g\u00e9n\u00e9ration pr\u00e9c\u00e9dente d\u2019ing\u00e9nieurs du PTB, dont la maintenance devenait de plus en plus difficile. Le Dr Rahm a donc \u00e9tudi\u00e9 une alternative num\u00e9rique et retenu les cartes AWG PXIe de Spectrum Instrumentation.<\/p>\n
Ces cartes g\u00e9n\u00e8rent les fr\u00e9quences RF qui pilotent les modulateurs acousto-optiques charg\u00e9s de moduler les fr\u00e9quences laser pendant le refroidissement, le lancement et la d\u00e9tection des atomes. Le passage au num\u00e9rique remplace ainsi un ensemble de circuits sp\u00e9cifiques par des instruments standard au format PXIe, plus simples \u00e0 maintenir dans la dur\u00e9e.<\/p>\n
Si les cartes M4x.6622-x4 r\u00e9pondaient aux exigences de pr\u00e9cision, aucun des modes de g\u00e9n\u00e9ration existants ne correspondait au besoin du PTB : chaque laser requiert un jeu de formes d\u2019ondes sp\u00e9cifique \u00e0 un instant pr\u00e9cis du cycle. Sollicit\u00e9, le support de Spectrum, assur\u00e9 directement par les ing\u00e9nieurs de conception, a d\u00e9velopp\u00e9 en deux jours une nouvelle fonction baptis\u00e9e Sequence Restart Mode, valid\u00e9e par les tests du Dr Rahm.<\/p>\n
Spectrum Instrumentation a depuis publi\u00e9 ce mode sous forme de mise \u00e0 niveau gratuite pour tous les AWG des s\u00e9ries 65xx et 66xx. Il s\u2019active en installant les derniers pilotes. Fond\u00e9e en 1989 et install\u00e9e pr\u00e8s de Hambourg, Spectrum Instrumentation con\u00e7oit selon une approche modulaire plus de 200 num\u00e9riseurs et g\u00e9n\u00e9rateurs aux formats PCIe, PXIe et LXI, couverts par une garantie de cinq ans.<\/p>\n