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Hdr Année : 2002

Optique quantique dans les oscillateurs paramétriques optiques : du monomode au multimode

Agnès Maître
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 870939

Résumé

Optical images are currently monitored by multipixel detectors. Each pixel displays the intensity of a transverse part of the beam, which can be considered as a single information signal. Therefore light, as far its transverse characteristics are considered, may carry parallel information. Transverse quantum optics makes it possible to exploit at the same time the quantum properties of light and its paralellism.
The visibility and quality of optical images is ultimately limited not by diffraction but by the quantum noise affecting each pixel. For example, if the light is in a coherent state, each pixel exhibits a ‘local' shot noise and the cross-correlation between different pixels is zero. Multimode non-classical states of light, characterized by spatial quantum correlation or local reduced quantum noise, permit in principle to go beyond the standard quantum limit and therefore to improve transverse optical resolution. In the case of lateral beam displacement, the measurement performed with a coherent beam is limited by shot noise. We have proved both theoretically [1] and experimentally [2] that the standard quantum limit can be overcome with a non classical multitransverse beam. It has been also predicted that Optical Parametric Oscillators (OPO) operating simultaneously on many transverse modes are good candidates for generating multimode non-classical states of light. We perform an experiment with an OPO in the c.w. regime, showing that a transverse degenerate OPO emits such states [3].
Une source de lumière comporte des bruits d'origine classique (dus aux vibrations mécaniques, aux fluctuations thermiques...) qu'il est en principe toujours possible d'éliminer et un bruit d'origine spécifiquement quantique lié à la nature corpusculaire de la lumière. Ce bruit de photon appelé aussi bruit quantique standard ou bruit de grenaille a longtemps été considéré comme une limite infranchissable pour la sensibilité des mesures optiques. On sait maintenant qu'il existe des états du champ électromagnétique qui permettent de dépasser cette 'limite quantique standard'. Ces états comprimés du champ sont dans la plupart des cas créés par des effets d'optique non linéaire. En particulier, ils peuvent être produits par un Oscillateur Paramétrique Optique (OPO).
Un OPO constitué par un cristal non-linéaire inséré dans une cavité optique, et excité par une onde pompe intense, génère par effet paramétrique deux nouvelles ondes dites signal et complémentaire. Il est possible de réduire sous le bruit quantique standard les fluctuations associées à ces trois ondes. En particulier, par interaction paramétrique, un photon de pompe est converti simultanément en un photon du signal et un photon du complémentaire. Un OPO génère ainsi des faisceaux corrélés temporellement au niveau quantique et appelés faisceaux jumeaux. De plus, lorsque la pompe est une onde plane, et que les fréquences du signal et complémentaire sont voisines, par l'interaction paramétrique signal et complémentaires sont émis symétriquement par rapport à la direction de propagation de la pompe et sont donc aussi corrélés spatialement au niveau quantique.
La réduction sous la limite quantique standard du bruit de l'onde pompe réfléchie par la cavité est une illustration des potentialités de compression de l'OPO. Celle-ci a été mise en évidence dans un OPO fonctionnant avec un cristal à quasi accord de phase et émettant des faisceaux à une longueur d'onde voisine de 2Μm. Les faisceaux jumeaux constituent un autre exemple de faisceaux non-classiques émis par l'OPO. Ils peuvent être utilisés pour améliorer la sensibilité ultime de certaines mesures. En particulier, la corrélation de faisceaux jumeaux a été exploitée pour réaliser une mesure d'absorption dans le rubidium avec une sensibilité non limitée par le bruit quantique standard.
Dans un OPO dégénéré en modes transverses, pour lequel l'émission est multimode, la compression des fluctuations peut s'observer en théorie à l'échelle locale en ne mesurant le bruit que sur une partie du faisceau. De plus un tel OPO doit permettre d'observer des corrélations quantiques spatiales entre différentes parties des faisceaux. Expérimentalement, il a été montré que dans un OPO confocal, l'émission, multimode, possède des corrélations locales. Des faisceaux possédant une corrélation quantique spatiale ont permis de mesurer le petit déplacement d'un faisceau avec une sensibilité supérieure à la limite quantique standard.
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Dates et versions

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Identifiants

  • HAL Id : tel-00002555 , version 1

Citer

Agnès Maître. Optique quantique dans les oscillateurs paramétriques optiques : du monomode au multimode. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2002. ⟨tel-00002555⟩
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