FEMTO Engineering est un centre de R&D de la Fondation FC Innov
De la recherche à l’industrie
FEMTO Engineering est un centre de R&D de la Fondation FC Innov
ULISS est un oscillateur cryogénique ultrastable développé pour rendre transportable une technologie jusque-là réservée à quelques laboratoires très équipés. Basé sur un résonateur saphir refroidi à très basse température, il fournit une référence de fréquence d’une stabilité exceptionnelle, destinée aux applications de temps-fréquence, de métrologie, de spatial, d’interférométrie radio et d’instrumentation scientifique avancée.
ULISS démontre qu’un oscillateur saphir cryogénique peut sortir du cadre expérimental strict pour devenir une référence de fréquence transportable, autonome et exploitable sur différents sites utilisateurs.
Le projet a permis de lever un verrou important : conserver les performances d’un oscillateur cryogénique ultrastable tout en supprimant la dépendance à l’hélium liquide. Cette évolution rend la technologie plus réaliste pour des usages industriels, scientifiques et spatiaux exigeants.
En pratique, ULISS permet de disposer d’une référence de fréquence de très haute stabilité pour comparer, qualifier ou améliorer d’autres systèmes. Il peut notamment servir à mesurer la stabilité d’oscillateurs haute performance avec une résolution difficile à atteindre par des moyens plus classiques.
Au-delà de la performance instrumentale, le projet a aussi permis de structurer une démarche de transfert : tester la technologie auprès d’utilisateurs réels, identifier leurs besoins spécifiques et préparer une valorisation plus large de la technologie CSO développée à FEMTO-ST.
Oscillateur saphir cryogénique
ULISS repose sur un résonateur saphir refroidi à très basse température. Cette technologie permet d’obtenir une très grande pureté spectrale et une stabilité court terme supérieure à celle de nombreuses références de fréquence classiques.
Cryocooler pulse-tube sans hélium liquide
Le système utilise un refroidisseur cryogénique à cycle fermé. Il élimine les contraintes liées à l’hélium liquide : pas de remplissage régulier, moins de manipulations, meilleure autonomie et déploiement facilité sur site.
Signal ultrastable autour de 10 GHz
L’oscillateur est conçu pour fonctionner autour de 9,99 GHz, avec une synthèse de fréquence permettant de fournir des signaux exploitables, notamment en 5 MHz, 100 MHz et 10 GHz selon l’architecture décrite.
Meilleure que 3 × 10⁻¹⁵ sur 1 à 1 000 secondes
Les performances présentées montrent une stabilité de fréquence court terme de très haut niveau, avec une référence cryogénique capable de répondre aux besoins les plus exigeants en métrologie, spatial et instrumentation scientifique.
Une référence ultrastable utilisable hors laboratoire
ULISS a été pensé pour être transporté par route et testé directement sur les sites utilisateurs. C’est un point central du projet : passer d’un prototype de laboratoire à un instrument utilisable en conditions réelles.
Temps-fréquence, spatial, VLBI, industrie, physique fondamentale
ULISS vise des usages où la stabilité de fréquence conditionne directement la qualité de la mesure : navigation spatiale, horloges atomiques, certification métrologique, interférométrie à très longue base, caractérisation d’oscillateurs haute performance et expériences de physique fondamentale.
Le projet ULISS, pour Ultra-Low Instability Signal Source, répond à un besoin précis : disposer d’une référence de fréquence extrêmement stable, fiable et utilisable en conditions réelles, hors des seuls environnements de laboratoire disposant d’une infrastructure cryogénique lourde.
Les oscillateurs saphir cryogéniques offrent des performances remarquables en stabilité court terme. Mais les premières générations reposaient sur des cryostats à hélium liquide, avec des contraintes fortes : approvisionnement régulier, manipulation manuelle, maintenance spécialisée, difficulté de déploiement sur site distant.
ULISS franchit cette limite en intégrant un refroidisseur cryogénique à cycle fermé de type pulse-tube, supprimant le besoin d’hélium liquide. Le cœur du système repose sur un résonateur saphir en mode Whispering Gallery, stabilisé autour de son point d’inversion thermique, à environ 6,1 K. Cette architecture permet d’atteindre une très haute stabilité de fréquence tout en améliorant l’autonomie, la fiabilité et la capacité de transport de l’instrument.
Le projet a été conçu pour être testé auprès de plusieurs utilisateurs potentiels en Europe : laboratoires de métrologie, observatoires, acteurs industriels et sites scientifiques. L’objectif n’était pas seulement de démontrer une performance en laboratoire, mais de valider l’usage d’un oscillateur cryogénique ultrastable dans des environnements concrets, avec leurs contraintes propres.
ULISS s’inscrit dans la continuité des travaux menés par l’Institut FEMTO-ST sur les oscillateurs cryogéniques, notamment dans le cadre d’un contrat financé par l’Agence spatiale européenne. Il ouvre la voie à une utilisation plus large de cette technologie pour les besoins de synchronisation, de mesure de stabilité de fréquence, de navigation spatiale, de radioastronomie ou de physique fondamentale.
