Fréquence ultraprécise pour la recherche

Sur son réseau, SWITCH achemine non seulement des données, mais bientôt aussi une fréquence de haute précision du METAS de Berne vers les laboratoires de recherche de l’Université de Bâle et de l’EPF de Zurich.

Texte: Ernst Heiri, publié le 27.09.2019

Si la bonne vieille horloge d’église a un pendule à balancier et la montre moderne un quartz oscillant, l’horloge de référence suisse FoCS-2 de l’Institut fédéral de métrologie (METAS) utilise les oscillations des atomes de césium comme base pour la mesure du temps. La précision est telle qu’un écart d’une seconde ne se produirait qu’après 30 millions d’années.

Référence pour de nouvelles expériences

Les physiciens veulent utiliser cette oscillation ultraprécise – on parle aussi de fréquence – comme référence pour de nouvelles expériences. Dans le cadre d’un projet du Fonds national suisse, cette fréquence doit à présent être transférée à l’Université de Bâle et à l’EPF de Zurich. Les chercheurs espèrent ainsi parvenir à des avancées dans le domaine de la spectroscopie moléculaire, le développement de nouvelles techniques laser et le perfectionnement de la technologie de mesure de fréquence en métrologie.

La fibre optique pour une transmission précise

Mais comment la fréquence exacte du METAS est-elle transmise de Berne aux laboratoires de recherche à Bâle et à Zurich? Seules des fibres optique permettent d’y parvenir avec la précision requise. Bien sûr, 200 km supplémentaires de fibres optique pourraient être loués à cette fin. Mais les chercheurs préféreraient utiliser les budgets serrés pour équiper leurs laboratoires coûteux.

C’est là qu’intervient SWITCH: notre réseau SWITCHlan étant basé sur la fibre optique, nous estimons qu’il est de notre devoir de mettre notre infrastructure coûteuse et notre savoir-faire à la disposition des chercheurs. Sous réserve, bien sûr, que l’exploitation stable et le développement futur de nos services réseau ne soient pas compromis.

Bien que cette restriction soit incontestée, sa mise en œuvre n’est malheureusement pas anodine. En effet, tous les signaux transmis sur de longues distances par fibre optique utilisent une lumière infrarouge d’une longueur d’onde comprise entre 1530 et 1570 nanomètres. Nous exploitons déjà le milieu de cette gamme pour nos services réseau. Cependant, il reste encore suffisamment d’espace sur les bords pour d’autres applications.

Sur la bonne longueur d’onde

Le premier défi de ce projet a été de trouver une longueur d’onde permettant de se procurer également les lasers, amplificateurs et filtres appropriés.

Le deuxième défi portait sur la haute exigence envers la stabilité de transmission. Les moindres vibrations ou variations de température affectent le signal dans la fibre optique. La solution: ces petits écarts sont compensés en permanence par l’émetteur en évaluant un signal réfléchi par le récepteur. Pour ce faire, le signal émis et le signal réfléchi doivent être transmis via la même fibre optique.

Il est également très important dans ce projet que le signal de référence puisse être utilisé ultérieurement par d’autres chercheurs et comparé à d’autres références temporelles européennes.

Cette application innovante est un bon exemple de la manière avec laquelle nous prenons au sérieux notre rôle de réseau académique et nous soutenons la communauté scientifique suisse, aussi dans des domaines qui nous sont encore inconnus.

L'auteur
Ernst   Heiri

Ernst Heiri

Ernst Heiri a étudié l'informatique à l'EPF Zurich. Il est entré chez SWITCH en 1995. Aujourd'hui, il est responsable de la planification et de la mise en service de nouvelles lignes à fibre optiques. Il s'intéresse à l'ingénierie et à l'exploitation des infrastructures de réseaux optiques.

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La seconde ultraprécise

L’étalon primaire de fréquence FoCS-2 réalise la seconde par la détermi-nation de la fréquence de transition d’atomes de césium, qui sont tout d’abord ralentis au moyen de faisceaux laser, c’est-à-dire qu’ils sont refroidis à de très basses températures de quelques micro Kelvin. Ensuite, les atomes froids sont lancés en vol parabolique en un faisceau continu, afin de déterminer la fréquence de transition dans la cavité micro-onde. FoCS-2 réalise la seconde avec une incertitude de mesure relative de 10-15, ce qui correspond à un écart de marche d’une seconde en 30 millions d’années.

Graphique d’information FoCS-2

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