Etude du refroidissement laser en cellule : contribution au développement d´une horloge atomique miniature à Cs133

L'objectif du projet HORACE est la realisation d'horloges compactes embarquees de haute performance en frequence a l'aide d'atomes froids de Cs. Dans ce memoire, on discute d'abord le mode de fonctionnement original d'HORACE ou toutes les interactions appliquees aux atomes de Cs133 ont lieu dans la cavite micro-onde (refroidissement, interrogation, detection), selon une sequence purement temporelle. On montre que la stabilite relative de frequence peut etre <1.10^(-12)\tau^(-1/2), et dependra des caracteristiques du refroidissement, comme la taille du nuage et le taux de capture, et des performances en frequence de l'oscillateur local a des frequences de Fourier de qq. 10 Hz (effet de repliement de spectre). Les methodes de detection par fluorescence (populations) et par "radiation damping" (coherences) sont decrits et discutes. La deuxieme partie du memoire presente un modele de refroidissement Doppler dans une cellule reflechissante ou diffusante, base sur une etude du champ laser moyen dans la cellule. On montre alors que la figure de tavelure 3D permet des mecanismes de refroidissement Sisyphe. La troisieme partie du memoire est consacree a l'etude experimentale du refroidissement subDoppler dans une cavite micro-onde spherique polie au niveau optique utilisee comme cellule. L'etude demontre que plus de 3.10^(7) atomes froids sont refroidis dans les puits de potentiels lumineux de la figure de tavelure 3D. Les constantes de temps de thermalisation ~30 fois plus longs que dans une configuration Lin per Lin predits par le modele ont ete verifies experimentalement. Des temperatures de ~2 microK ont ete mesurees par temps de vol. La derniere partie du memoire decrit la realisation et l'accord en frequence de la cavite micro-onde spherique, et les principaux deplacements relatifs de frequence attendus dans le bilan d'exactitude d'Horace. Ces derniers sont dus au dephasage du champ micro-onde pulse et au deplacement relatif de frequence collisionnel entre atomes froids au niveau de quelques 10^(-13).